setTimeout的实现

1浏览器页面是由消息队列和事件循环系统来实现的。

接下来将会通过setTimeout和XMLHttpRequest这两个WebAPI来介绍事件循环。

浏览器如何实现setTimeout？

渲染进程中所有运行在主线程上的任务都需要先添加在消息队列中，然后事件循环系统按照顺序执行消息队列中的任务。

典型事件的执行流程：

1. 当接收到HTML文档数据，渲染引擎就会将"解析DOM"事件添加到消息队列中。
2. 当用户改变了Web页面的窗口大小，渲染引擎就会将"重新布局"的事件添加到消息队列中。
3. 当出发了Javascript引擎垃圾回收机制，渲染引擎就会将"垃圾回收"任务添加到消息队列中。
4. 执行一段异步代码，也需要将执行任务添加到消息队列中。

当这些事件添加到消息队列中，事件循环系统就会按照消息队列中的顺序来执行事件。

通过定时器设置的回调函数稍微有点特别，他是需要在指定时间间隔内被调用，但是消息队列中的任务是按照顺序来执行的，所以为了保证回调函数可以在指定的时间间隔内执行，不能直接将定时器的回调函数添加到消息队列中。

在Chrome浏览器中除了正常使用的消息队列外，还有另外一个消息队列，这个队列维护了需要延迟处理的任务列表，包括了定时器和chromium内部一些需要延迟执行的任务。所以创建一个定时器的时候，渲染进程就会将该定时器的回调函数添加到延时队列中。

class DelayedQueue {
    constructor() {
        this.queue = [];
    }

    // 添加任务到延迟队列
    addDelayedTask(task, delay) {
        const executionTime = Date.now() + delay;
        this.queue.push({ task, executionTime });
        this.sortQueue();
    }

    // 执行队列中已到期的任务
    executeExpiredTasks() {
        const currentTime = Date.now();
        while (this.queue.length > 0 && this.queue[0].executionTime <= currentTime) {
            const { task } = this.queue.shift();
            task();
        }
    }

    // 排序队列，确保队列按照执行时间递增排序
    sortQueue() {
        this.queue.sort((a, b) => a.executionTime - b.executionTime);
    }
}

// 创建延迟队列实例
const delayedQueue = new DelayedQueue();

// 模拟IO线程产生的任务
function produceTask() {
    setInterval(() => {
        const task = () => {
            console.log("执行IO线程产生的任务");
        };
        // 将任务加入延迟队列，并设置延迟时间为2000毫秒
        delayedQueue.addDelayedTask(task, 2000);
    }, 2000);
}

// 模拟渲染主进程的事件循环
function eventLoop() {
    setInterval(() => {
        // 执行延迟队列中已到期的任务
        delayedQueue.executeExpiredTasks();
    }, 1000);
}

// 启动IO线程模拟任务的产生
produceTask();

// 启动渲染主进程的事件循环
eventLoop();

这个例子中，我添加了一个名为 DelayedQueue 的类，用于维护一个延迟队列。每当需要添加一个延迟执行的任务时，调用 addDelayedTask 方法，并传入任务函数和延迟时间。executeExpiredTasks 方法负责检查队列中是否有已到期的任务，并执行它们。 sortQueue 方法用于确保队列按照执行时间递增排序。在 eventLoop 中，每秒钟检查一次延迟队列，执行已到期的任务。这样，可以确保 setTimeout 的精确性。

使用setTimeout的一些注意项

1.如果当前任务执行事件过久，会影响到定时器任务的执行

当当前任务执行时间过久时，可能会影响 setTimeout 任务的准时执行。这是因为 setTimeout 的执行并不是严格准时的，而是在指定的延迟时间后将任务添加到消息队列，然后等待主线程空闲时执行。如果当前任务执行时间较长，它可能会导致 setTimeout 的实际执行时间被推迟。

下面是一个简单的例子，演示了当前任务执行时间过久时对 setTimeout 任务的影响：

// 模拟一个耗时较长的任务
function longRunningTask() {
    console.log('开始执行长时间运行的任务');
    // 模拟耗时操作，这里设置为 5 秒
    const endTime = Date.now() + 5000;
    while (Date.now() < endTime) {
        // 什么都不做，模拟耗时操作
    }
    console.log('长时间运行的任务执行完成');
}

// 启动 setTimeout 任务
function startSetTimeoutTask() {
    setTimeout(() => {
        console.log('setTimeout 任务执行');
    }, 1000); // 设置延迟时间为 1 秒
}

// 启动长时间运行的任务
longRunningTask();

// 启动 setTimeout 任务
startSetTimeoutTask();

在这个例子中，longRunningTask 模拟了一个执行时间较长的任务，它会占用主线程达到 5 秒。而 startSetTimeoutTask 启动了一个延迟 1 秒的 setTimeout 任务。 由于 longRunningTask 的执行时间较长，它会推迟 setTimeout 任务的实际执行时间。因此，虽然 setTimeout 的延迟时间设置为 1 秒，但实际上会在 longRunningTask 执行完成后的更长时间后才执行。 这种情况下，如果要确保 setTimeout 任务准时执行，可以考虑在长时间运行的任务中使用 requestAnimationFrame 或者 setImmediate（在一些环境中可用）来分割任务，以确保在每个任务块之间让出主线程，使得消息队列中的 setTimeout 任务有机会得到执行。

2.如果setTimeout存在嵌套调用，那么系统会设置最短时间间隔为4毫秒

在浏览器环境中，setTimeout 的最短时间间隔是由浏览器实现决定的，并不是 JavaScript 标准规定的。通常来说，浏览器为了性能和效率的考虑，会将连续调用的 setTimeout 任务进行合并执行，并设置一个最小时间间隔来防止过于频繁的执行。

嵌套调用 setTimeout 的场景中，即使你设置了较短的时间间隔，浏览器也可能会进行合并执行。以下是一个简单的例子来演示：

function nestedTimeoutExample() {
    // 第一层 setTimeout
    setTimeout(() => {
        console.log('第一层 setTimeout 执行');

        // 第二层 setTimeout，时间间隔为1毫秒
        setTimeout(() => {
            console.log('第二层 setTimeout 执行');
        }, 1);

    }, 1);
}

nestedTimeoutExample();

在这个例子中，我们有两个嵌套的 setTimeout，第一层和第二层都设置了 1 毫秒的时间间隔。但是，由于浏览器的实现机制，可能会将它们合并执行，并不保证准确的 1 毫秒的时间间隔。浏览器可能会设置一个最小的时间间隔（通常是4毫秒），以防止过于频繁的任务执行。如果需要更精确的定时，可以考虑使用 equestAnimationFrame，但这同样也受到浏览器的实现影响。

3.未激活的页面，setTimeout执行的最小间隔是1000毫秒

在未激活的页面中，浏览器通常会对定时器的执行间隔进行调整，以降低对系统资源的占用。这种行为是为了提高性能和降低功耗，因为未激活的页面对用户而言可能是不可见的，对其执行的任务可能会进行一些优化。

在大多数浏览器中，未激活的页面中的 setTimeout 最小间隔通常被调整为1000毫秒（1秒）。这意味着如果你在未激活的页面中使用setTimeout，设置的时间间隔小于1000毫秒时，浏览器可能会延长执行时间间隔。

4.延迟执行时间有最大值

JavaScript 中的延迟执行时间没有一个严格的最大值，但在实际应用中可能会受到一些限制。这些限制通常来自浏览器或宿主环境，并且可能因浏览器、设备或运行环境的不同而异。

定时器函数（例如 setTimeout）的延迟参数是一个32位整数，因此在理论上，最大的延迟值是2^31 - 1，即2147483647毫秒，约为24.86天。超过这个值的延迟时间可能会导致溢出，因此在实际应用中，延迟时间不应该超过这个范围。

setTimeout(() => {
    // 2147483647 毫秒约为24.86天
    console.log('执行延迟任务');
}, 2147483647);

5.使用setTimeout设置的回调函数中的this不符合直觉

在 JavaScript 中，setTimeout 设置的回调函数中的 this 的值是在运行时确定的，并且通常取决于函数的调用方式。这种情况可能导致 this 的值与直觉不符，特别是在回调函数被对象方法调用时。

在使用 setTimeout 时，回调函数实际上成为了一个全局函数，并不再与原始的调用上下文（调用该函数的对象）相关联。因此，this 的值将不再指向调用对象。

// 示例：使用 setTimeout 导致 this 不指向调用对象
const myObject = {
    value: 42,
    printValue: function () {
        console.log(this.value);
    }
};

// 在 myObject 上调用 printValue 方法
myObject.printValue(); // 输出: 42

// 使用 setTimeout 调用 printValue 方法
setTimeout(myObject.printValue, 1000); // 输出: undefined（this 不再指向 myObject）

解决 setTimeout 中 this 不指向调用对象的问题，有几种常见的方法：

1. 使用箭头函数： 箭头函数不会创建自己的 this 上下文，而是从外部继承。因此，使用箭头函数作为 setTimeout 的回调函数可以确保 this 指向正确的对象。

const myObject = {
    value: 42,
    printValue: function () {
        console.log(this.value);
    }
};

setTimeout(() => myObject.printValue(), 1000); // 输出: 42

1. 使用 .bind() 方法： 可以使用 .bind() 方法将回调函数与指定的对象绑定，确保 this 指向该对象。

const myObject = {
    value: 42,
    printValue: function () {
        console.log(this.value);
    }
};

setTimeout(myObject.printValue.bind(myObject), 1000); // 输出: 42

1. 使用函数包装器： 使用一个函数包装器，将原始函数作为参数传递给 setTimeout。

const myObject = {
    value: 42,
    printValue: function () {
        console.log(this.value);
    }
};

setTimeout(function () {
    myObject.printValue();
}, 1000); // 输出: 42