写一个 JavaScript 框架：比 setTimeout 更棒的定时执行
这是 JavaScript 框架系列的第二章。在这一章里，我打算讲一下在浏览器里的异步代码不同执行方式。你将了解定时器和事件循环之间的不同差异，比如 setTimeout 和 Promises。
这个系列是关于一个开源的客户端框架，叫做 NX。在这个系列里，我主要解释一下写该框架不得不克服的主要困难。如果你对 NX 感兴趣可以参观我们的 主页。
这个系列包含以下几个章节：
- 项目结构
- 定时执行 (当前章节)
- 沙箱代码评估
- 数据绑定介绍
- 数据绑定与 ES6 代理
- 自定义元素
- 客户端路由
异步代码执行
你可能比较熟悉 Promise、process.nextTick()、setTimeout()，或许还有 requestAnimationFrame() 这些异步执行代码的方式。它们内部都使用了事件循环，但是它们在精确计时方面有一些不同。
在这一章里，我将解释它们之间的不同，然后给大家演示怎样在一个类似 NX 这样的先进框架里面实现一个定时系统。不用我们重新做一个，我们将使用原生的事件循环来达到我们的目的。
事件循环
事件循环甚至没有在 ES6 规范里提到。JavaScript 自身只有任务（Job）和任务队列（job queue）。更加复杂的事件循环是在 NodeJS 和 HTML5 规范里分别定义的，因为这篇是针对前端的，我会在详细说明后者。
事件循环可以被看做某个条件的循环。它不停的寻找新的任务来运行。这个循环中的一次迭代叫做一个滴答（tick）。在一次滴答期间执行的代码称为一次任务（task）。
while (eventLoop.waitForTask()) {
eventLoop.processNextTask()
}
任务是同步代码，它可以在循环中调度其它任务。一个简单的调用新任务的方式是 setTimeout(taskFn)。不管怎样， 任务可能有很多来源，比如用户事件、网络或者 DOM 操作。
任务队列
更复杂一些的是，事件循环可以有多个任务队列。这里有两个约束条件，相同任务源的事件必须在相同的队列，以及任务必须按插入的顺序进行处理。除此之外，浏览器可以做任何它想做的事情。例如，它可以决定接下来处理哪个任务队列。
while (eventLoop.waitForTask()) {
const taskQueue = eventLoop.selectTaskQueue()
if (taskQueue.hasNextTask()) {
taskQueue.processNextTask()
}
}
用这个模型，我们不能精确的控制定时。如果用 setTimeout()浏览器可能决定先运行完其它几个队列才运行我们的队列。
微任务队列
幸运的是，事件循环还提供了一个叫做微任务（microtask）队列的单一队列。当前任务结束的时候，微任务队列会清空每个滴答里的任务。
while (eventLoop.waitForTask()) {
const taskQueue = eventLoop.selectTaskQueue()
if (taskQueue.hasNextTask()) {
taskQueue.processNextTask()
}
const microtaskQueue = eventLoop.microTaskQueue
while (microtaskQueue.hasNextMicrotask()) {
microtaskQueue.processNextMicrotask()
}
}
最简单的调用微任务的方法是 Promise.resolve().then(microtaskFn)。微任务按照插入顺序进行处理，并且由于仅存在一个微任务队列，浏览器不会把时间弄乱了。
此外，微任务可以调度新的微任务，它将插入到同一个队列，并在同一个滴答内处理。
绘制
最后是 绘制 调度，不同于事件处理和分解，绘制并不是在单独的后台任务完成的。它是一个可以运行在每个循环滴答结束时的算法。
在这里浏览器又有了许多自由：它可能在每个任务以后绘制，但是它也可能在好几百个任务都执行了以后也不绘制。
幸运的是，我们有 requestAnimationFrame()，它在下一个绘制之前执行传递的函数。我们最终的事件模型像这样：
while (eventLoop.waitForTask()) {
const taskQueue = eventLoop.selectTaskQueue()
if (taskQueue.hasNextTask()) {
taskQueue.processNextTask()
}
const microtaskQueue = eventLoop.microTaskQueue
while (microtaskQueue.hasNextMicrotask()) {
microtaskQueue.processNextMicrotask()
}
if (shouldRender()) {
applyScrollResizeAndCSS()
runAnimationFrames()
render()
}
}
现在用我们所知道知识来创建定时系统！
利用事件循环
和大多数现代框架一样，NX 也是基于 DOM 操作和数据绑定的。批量操作和异步执行以取得更好的性能表现。基于以上理由我们用 Promises、 MutationObservers 和 requestAnimationFrame()。
我们所期望的定时器是这样的：
- 代码来自于开发者
- 数据绑定和 DOM 操作由 NX 来执行
- 开发者定义事件钩子
- 浏览器进行绘制
步骤 1
NX 寄存器对象基于 ES6 代理 以及 DOM 变动基于MutationObserver （变动观测器）同步运行（下一节详细介绍）。 它作为一个微任务延迟直到步骤 2 执行以后才做出反应。这个延迟已经在 Promise.resolve().then(reaction) 进行了对象转换，并且它将通过变动观测器自动运行。
步骤 2
来自开发者的代码（任务）运行完成。微任务由 NX 开始执行所注册。 因为它们是微任务，所以按序执行。注意，我们仍然在同一个滴答循环中。
步骤 3
开发者通过 requestAnimationFrame(hook) 通知 NX 运行钩子。这可能在滴答循环后发生。重要的是，钩子运行在下一次绘制之前和所有数据操作之后，并且 DOM 和 CSS 改变都已经完成。
步骤 4
浏览器绘制下一个视图。这也有可能发生在滴答循环之后，但是绝对不会发生在一个滴答的步骤 3 之前。
牢记在心里的事情
我们在原生的事件循环之上实现了一个简单而有效的定时系统。理论上讲它运行的很好，但是还是很脆弱，一个轻微的错误可能会导致很严重的 BUG。
在一个复杂的系统当中，最重要的就是建立一定的规则并在以后保持它们。在 NX 中有以下规则：
- 永远不用
setTimeout(fn, 0)来进行内部操作 - 用相同的方法来注册微任务
- 微任务仅供内部操作
- 不要干预开发者钩子运行时间
规则 1 和 2
数据反射和 DOM 操作将按照操作顺序执行。这样只要不混合就可以很好的延迟它们的执行。混合执行会出现莫名其妙的问题。
setTimeout(fn, 0) 的行为完全不可预测。使用不同的方法注册微任务也会发生混乱。例如，下面的例子中 microtask2 不会正确地在 microtask1 之前运行。
Promise.resolve().then().then(microtask1)
Promise.resolve().then(microtask2)
规则 3 和 4
分离开发者的代码执行和内部操作的时间窗口是非常重要的。混合这两种行为会导致不可预测的事情发生，并且它会需要开发者了解框架内部。我想很多前台开发者已经有过类似经历。
结论
如果你对 NX 框架感兴趣，可以参观我们的主页。还可以在 GIT 上找到我们的源代码。
在下一节我们再见，我们将讨论 沙盒化代码执行！
你也可以给我们留言。
via: https://blog.risingstack.com/writing-a-javascript-framework-execution-timing-beyond-settimeout/
作者：Bertalan Miklos 译者：kokialoves 校对：wxy
