字节面试：如何实现准时的setTimeout

最近有同学在面试的时候被问到了这个问题。所以我们利用这篇文章对这个问题进行下解答。

背景

setTimeout 是不准的。因为 setTimeout 是一个宏任务，它的指定时间指的是：进入主线程的时间。

setTimeout(callback, 进入主线程的时间)

所以什么时候可以执行 callback，需要看 主线程前面还有多少任务待执行。

由此，才有了这个问题。

我们可以通过这个场景来进行演示：

运行代码如下，通过一个计数器来记录每一次 setTimeout 的调用，而设定的间隔 * 计数次数，就等于理想状态下的延迟，通过以下例子来查看我们计时器的准确性

function timer() { 
   var speed = 50, // 设定间隔 
   counter = 1,  // 计数 
   start = new Date().getTime(); 

   function instance() 
   { 
    var ideal = (counter * speed), 
    real = (new Date().getTime() - start); 

    counter++; 
    form.ideal.value = ideal; // 记录理想值 
    form.real.value = real;   // 记录真实值 

    var diff = (real - ideal); 
    form.diff.value = diff;  // 差值 

    window.setTimeout(function() { instance(); }, speed); 
   }; 

   window.setTimeout(function() { instance(); }, speed); 
} 
timer(); 

而我们如果在 setTimeout 还未执行期间加入一些额外的代码逻辑，再来看看这个差值。

... 
window.setTimeout(function() { instance(); }, speed); 
for(var x=1, i=0; i<10000000; i++) { x *= (i + 1); } 
} 
... 

可以看出，这大大加剧了误差。

可以看到随着时间的推移， setTimeout 实际执行的时间和理想的时间差值会越来越大，这就不是我们预期的样子。类比真实的场景，对于一些倒计时以及动画来说都会造成时间的偏差都是不理想的。

这站图可以很好的描述以上问题：

如何实现准时的 “setTimeout”

requestAnimationFrame

window.requestAnimationFrame() 告诉浏览器——你希望执行一个动画，并且要求浏览器在下次重绘之前调用指定的回调函数更新动画。

该方法需要传入一个回调函数作为参数，该回调函数会在浏览器下一次重绘之前执行，回调函数执行次数通常是每秒60次，也就是每16.7ms 执行一次，但是并不一定保证为 16.7 ms。

我们也可以尝试一下将它来模拟 setTimeout。

// 模拟代码 
function setTimeout2 (cb, delay) { 
    let startTime = Date.now() 
    loop() 

    function loop () { 
      const now = Date.now() 
      if (now - startTime >= delay) { 
        cb(); 
        return; 
      } 
      requestAnimationFrame(loop) 
    } 
} 

发现由于 16.7 ms 间隔执行，在使用间隔很小的定时器，很容易导致时间的不准确。

再看看额外代码的引入效果。

... 
 window.setInterval2(function () { instance(); }, speed); 
} 
for (var x = 1, i = 0; i < 10000000; i++) { x *= (i + 1); } 
... 

略微加剧了误差的增加，因此这种方案仍然不是一种好的方案。

while

想得到准确的，我们第一反应就是如果我们能够主动去触发，获取到最开始的时间，以及不断去轮询当前时间，如果差值是预期的时间，那么这个定时器肯定是准确的，那么用 while 可以实现这个功能。

理解起来也很简单：

代码如下：

function timer(time) { 
    const startTime = Date.now(); 
    while(true) { 
        const now = Date.now(); 
        if(now - startTime >= time) { 
            console.log('误差', now - startTime - time); 
            return; 
        } 
    } 
} 
timer(5000); 

打印：误差 0

显然这样的方式很精确，但是我们知道 js 是单线程运行，使用这样的方式强行霸占线程会使得页面进入卡死状态，这样的结果显然是不合适的。

setTimeout 系统时间补偿

这个方案是在 stackoverflow 看到的一个方案，我们来看看此方案和原方案的区别

原方案

setTimeout系统时间补偿

当每一次定时器执行时后，都去获取系统的时间来进行修正，虽然每次运行可能会有误差，但是通过系统时间对每次运行的修复，能够让后面每一次时间都得到一个补偿。

function timer() { 
   var speed = 500, 
   counter = 1,  
   start = new Date().getTime(); 

   function instance() 
   { 
    var real = (counter * speed), 
    ideal = (new Date().getTime() - start); 

    counter++; 

    var diff = (ideal - real); 
    form.diff.value = diff; 

    window.setTimeout(function() { instance(); }, (speed - diff)); // 通过系统时间进行修复 

   }; 

   window.setTimeout(function() { instance(); }, speed); 
} 

再来看看加入额外的代码逻辑的情况。

依旧非常的稳定，因此通过系统的时间补偿，能够让我们的 setTimeout 变得更加准时，至此我们完成了如何让 setTimeout 准时的探索。