js基础之setTimeout与setInterval原理分析

setTimeout与setInterval概述

setTimeout与setInterval是JavaScript引擎提供的两个定时器方法，分别用于函数的延时执行和循环调用。前者的主要思想是通过一个定时器，让函数在计时结束后再执行；后者则是每隔一定的时间，就启动一次函数的执行。

从原理来看，两者似乎并不复杂。但由于JavaScript引擎是单线程的，这就让上述两个定时器的实际执行变得稍微复杂了一些。下面我们来看一下两者的运行机制与需要注意的问题。

基本原理

知识铺垫

单线程模型：由于JavaScript被设计为用在浏览器环境，而该环境下存在大量可能发生冲突的DOM操作，为了避免进行复杂的冲突处理（可能存在的冲突数量几乎不可预测），JavaScript的设计者舍弃了java的多线程模型（该模型下，执行引擎同时可以做几件事，但要进行线程同步），将其设计成了一门单线程语言（执行引擎在同一时间只做一件事）。

注意：这里的单线程是指JavaScript的主线程只有一个。除了这个主线程，JavaScript还有一个I/O线程，通过事件循环来处理I/O问题，但两者之间相对独立，不需要进行状态同步，因此我们仍然可以把JavaScript看成一门单线程语言。

任务队列：所谓任务队列，就是用于存储等待执行的任务的队列。由于JavaScript是一门单线程语言，如果当前有一个任务需要执行，但JavaScript引擎正在执行其他任务，那么这个任务就需要放进一个队列中进行等待。等到线程空闲时，就可以从这个队列中取出最早加入的任务进行执行（类似于我们去银行排队办理业务。单线程相当于说这家银行只有一个服务窗口，一次只能为一个人服务，后面到的就需要排队，而任务队列就是排队区，先到的就优先服务）。

注意：如果当前线程空闲，并且队列为空，那每次加入队列的函数将立即执行。

setTimeout与setInterval

setTimeout(func, delay, args) ：设置超时调用。如对于setTimeout(func, 100, args)，js引擎会为func函数设置一个计时器，100毫秒后，将func添加到任务队列等待执行。

setInterval(func, interval, args) ：设置循环调用。对于语句setInterval(func, 100, args)，js引擎每隔100毫秒就会把func添加到任务队列一次。

相同点：

两者都会加入同一个队列，等待线程空闲时执行。
两者都无法保证在何时执行回调，因为无法知道线程何时空闲。

不同点

setTimeout只会将函数添加到任务队列一次，而setInterval则是循环往队列中添加函数。
setTimeout可以保证函数在指定的时间间隔内不会执行，而setInterval无法保证（有可能出现接近连续执行的情况，后面会分析原因）。

运行机制

setTimeout

setTimeout的运行机制相对简单，即在执行该语句时，设置一个定时器，定时时间置为所设置的延时，当计时结束后，将传入的函数加入任务队列，之后的执行就交给任务队列负责。

setTimeout函数本身会返回一个句柄，我们可以在函数执行前通过向clearTimeout传入该句柄取消函数的执行。示例代码如下：

function func(message){
    ;
}
//设置100毫秒后执行func函数
var timer = setTimeout(func, 100, "你好");

function cancel(){
    clearTimeout(timer);   //取消超时调用
}

上述代码将在100毫秒后执行func函数，弹出一个内容为"你好"的对话框。如果在100毫秒内调用了cancel，就可以取消func函数的执行。

setInterval

setInterval本质上就是每隔一定的时间向任务队列添加回调函数。但setInterval有一个原则：在向队列中添加回调函数时，如果队列中存在之前由其添加的回调函数，就放弃本次添加（不会影响之后的计时）。另外也可以通过clearInterval方法移除定时器，使用方法同clearTimeout。

由于setInterval只负责定时向队列中添加函数，而不考虑函数的执行，那么我们考虑一下下面的情况：

假设线程执行完setInterval(func, 100, args)后处于完全空闲状态（即只要向任务队列添加函数就会立即执行）。而func是一个相对复杂的函数，执行该函数需要90毫秒。那么函数的执行过程就会变成下图所示：

js基础之setTimeout与setInterval原理分析从图中可以看到，从上次函数执行完毕，到下次开始执行，之间只间隔了10毫秒，而不是我们所希望的每隔100毫秒执行一次（因为setInterval只关注任务添加，不关注任务执行）。

由于上述机制，在很多情况下，setInterval都会遇到一些性能问题。就拿上面的例子来说，我们的本意可能是每隔100毫秒执行一次函数，结果只等待了10毫秒就又执行了一次。另外，对于复杂的实际情况，setInterval经常出现两次的执行间隔相差甚远的情况，对于用户能感知到的操作，这会带来很不好的用户体验。因此在实际编码中，开发者通常会使用setTimeout来模拟实现setInterval效果（下面会有举例）。

而如果线程一开始是繁忙的，直到150毫秒处才进入空闲状态（假设func执行时长为10毫秒），那么实际的运行将变成下图所示：

js基础之setTimeout与setInterval原理分析这里在100毫秒处向队列添加func时，由于线程繁忙，上次添加的func还在队列中等待，因此直接丢弃本次要添加的函数，但在200毫秒时仍然重新向队列中添加func。

应用场景

setTimeout

setTimeout主要用于需要进行延时调用的场景中。如之前一篇文章介绍的js基础之函数的节流与防抖，就是setTimeout典型的应用场景。此外，由于setInterval存在的性能问题，在实际的编码中，开发人员通常会使用setTimeout来模拟setInterval，以防止出现函数连续执行的情况。如对于下面的代码：

function func(args){
  //函数本身的逻辑
  ...
}
var timer = setInterval(func, 100, args);

我们可以通过以下代码来实现：

var timer;
function func(args){
  //函数本身的逻辑
  ...
  //函数执行完后，重置定时器
  timer = setTimeout(func, 100, args);
}
timer = setTimeout(func, 100, args);

利用setTimeout保证在指定的时间内不会执行的特点，我们可以在执行完上次的回调函数后，重置定时器，实现循环执行func的效果，并且从上次执行完毕到下次执行开始，至少会经过100毫秒。这在实际的编码中通常会带来较大的性能提升，同时函数的执行间隔也会相对稳定。

setInterval

尽管存在上述性能问题，setInterval的使用场景相对较少，但当所使用的接口来自外部（即回调函数本身无法修改）时，就必须通过setInterval来实现循环执行了。此外，对于动画效果来说，我们通常会希望动画运行的更加平滑（也就是希望函数运行得更频繁），这时使用setInterval往往更加流畅，具体请参考之前的文章使用原生js实现简单动画效果。

除了这类情况，开发者一般不会使用setInterval方法进行循环调用。

补充说明

setTimeout与setInterval的第一个参数可以是一个匿名函数，也可以是一个函数名，或者是一个字符串，如下面的写法都是合法的：

function func(msg){
  ...
}
//传入回调函数名
setTimeout(func, 100, "夕山雨");
//传入匿名函数
setTimeout(function(name){
  ...
}, 100, "夕山雨");
//传入字符串，js引擎会将其解析为函数体
setTimeout("", 100);

但是传入如下的格式就可能报错：

setTimeout(func("夕山雨"), 100);

因为这种写法实际上是先调用func函数，然后再将返回值添加到任务队列。如果func的返回值不是函数（或可执行的字符串），那么程序就会报错；如果返回值是函数，则会将返回的函数添加到任务队列。该情况可以写成下面的形式：

//将其作为字符串传入，就可以被正确解析
setTimeout("func('夕山雨')", 100)；

此外，当给setTimeout传入的延迟时间为0时，并不代表回调函数会立即执行。实际上浏览器规定的有一个默认的最短计时时间，对于现代浏览器，这个时间一般为4毫秒（老版本的浏览器则会更长一些）。也就是说，即使传入的延迟时间为0，浏览器也会至少在4毫秒后才会执行。

上述补充说明同样适用于setInterval。

总结

setTimeout与setInterval都是通过一个定时器控制回调函数的执行，但由于javascript单线程的特点，两者都不能准确控制函数的执行时间点，这点还请开发者注意。如果函数只需要执行一次，很显然我们会使用setTimeout来实现；如果是循环执行的情况，如果我们希望函数执行频率不那么高，并且间隔更稳定，通常是使用setTimeout模拟实现setInterval效果。

总的来说，虽然都被用于函数延迟执行，但两者的运行机制有本质上的区别，所以在使用的时候请注意区分。