Параллельная модель и цикл событий.

Параллелизм в JavaScript основывается на модели "событийного цикла". Эта модель отличается от модели других языков, например C или Java.

Концепция жизненного цикла

В следующей секции объясняется теоретическая модель. Современные JavaScript движки существенно оптимизируют этот процесс.

Визуальное представление

Stack, heap, queue

Стек

Вызов любой функции создает контекст выполнения (Execution Context). При вызове вложенной функции создается новый контекст, а старый сохраняется в специальной структуре данных - стеке вызовов (Call Stack).

function f(b) {
  var a = 12;
  return a + b + 35;
}

function g(x) {
  var m = 4;
  return f(m * x);
}

g(21);

Когда вызывается функция g,  создаётся первый контекст выполнения, содержащий аргументы функции g и локальные переменные. Когда g вызывает f, создаётся второй контекст с аргументами f и её локальными переменными.  И этот контекст выполнения f помещается в стек вызовов выше первого. Когда f возвращает результат, верхний элемент из стека удаляется. Когда g возвращает результат, ее контекст также удалится, и стек становится пустым.

Куча

Объекты размещаются в куче. Куча — это просто имя для обозначения большой неструктурированной области памяти.

Очередь

Среда выполнения JavaScript содержит очередь задач. Эта очередь — список задач, подлежащих обработке. Каждая задача ассоциируется с некоторой функцией, которая будет вызвана, чтобы обработать эту задачу.

Когда стек полностью освобождается, самая первая задача извлекается из очереди и обрабатывается. Обработка задачи состоит в вызове  ассоциированной с ней функции с параметрами, записанными в этой задаче. Как обычно, вызов функции создаёт новый контекст выполнения и заносится в стек вызовов.

Обработка задачи заканчивается, когда стек снова становится пустым. Следующая задача извлекается из очереди и начинается её обработка.

Цикл событий

Модель событийного цикла (event loop) называется так потому, что отслеживает новые события в цикле:

while(queue.waitForMessage()){
  queue.processNextMessage();
}

queue.waitForMessage ожидает поступления задач, если очередь пуста.

Запуск до завершения

Каждая задача выполняется полностью, прежде чем начнет обрабатываться следующая. Благодаря этому мы точно знаем: когда выполняется текущая функция – она не может быть приостановлена и будет целиком завершена до начала выполнения другого кода (который может изменить данные, с которыми работает текущая функция). Это отличает JavaScript от такого языка программирования как C. Поскольку в С функция, запущенная в отдельном потоке, в любой момент может быть остановлена, чтобы выполнить какой-то другой код в другом потоке.

У данного подхода есть и минусы. Если задача занимает слишком много времени, то веб-приложение не может обрабатывать действия пользователя в это время (например, скролл или клик). Браузер старается смягчить проблему и выводит сообщение "скрипт выполняется слишком долго" ("a script is taking too long to run") и предлагает остановить его. Хорошей практикой является создание задач, которые исполняются быстро, и если возможно, разбиение одной задачи на несколько мелких.

Добавление событий в очередь

В браузерах события добавляются в очередь в любое время, если событие произошло, а так же если у него есть обработчик. В случае, если обработчика нет – событие потеряно. Так, клик по элементу, имеющему обработчик события по событию click , добавит событие в очередь, а если обработчика нет – то и событие в очередь не попадет.

Вызов setTimeout добавит событие в очередь по прошествии времени, указанного во втором аргументе вызова. Если очередь событий на тот момент будет пуста, то событие обработается сразу же, в противном случае событию функции setTimeout придется ожидать завершения обработки остальных событий в очереди. Именно поэтому второй аргумент setTimeout корректно считать не временем, через которое выполнится функция из первого аргумента, а минимальное время, через которое она сможет выполниться.

Нулевые задержки

Нулевая задержка не дает гарантии, что обработчик выполнится через ноль миллисекунд. Вызов setTimeout с аргументом  0 (ноль) не завершится за указанное время. Выполнение зависит от количества ожидающих задач в очереди. Например, сообщение ''this is just a message'' из примера ниже будет выведено на консоль раньше, чем произойдет выполнение обработчика сb1. Это произойдет, потому что задержка – это минимальное время, которое требуется среде выполнения на обработку запроса.

(function () {

  console.log('this is the start');

  setTimeout(function cb() {
    console.log('this is a msg from call back');
  });

  console.log('this is just a message');

  setTimeout(function cb1() {
    console.log('this is a msg from call back1');
  }, 0);

  console.log('this is the end');

})();

// "this is the start"
// "this is just a message"
// "this is the end"
// "this is a msg from call back"
// "this is a msg from call back1"

Связь нескольких потоков между собой

Web Worker или кросс-доменный фрейм имеют свой собственный стек, кучу и очередь событий. Два отдельных событийных потока могут связываться друг с другом, только через отправку сообщений с помощью метода postMessage. Этот метод добавляет сообщение  в очередь другого, если он конечно принимает их.

Никогда не блокируется

Очень интересное свойство цикла событий в JavaScript, что в отличие от множества других языков, поток выполнения никогда не блокируется. Обработка I/O обычно осуществляется с помощью событий и функций обратного вызова, поэтому даже когда приложение ожидает запрос от IndexedDB или ответ от XHR, оно может обрабатывать другие процессы, например пользовательский ввод.

Существуют хорошо известные исключения как alert или синхронный XHR, но считается хорошей практикой избегать их использования.