Debounce 和 Throttle 的原理及实现

在处理诸如 resize、scroll、mousemove 和 keydown/keyup/keypress 等事件的时候，通常我们不希望这些事件太过频繁地触发，尤其是监听程序中涉及到大量的计算或者有非常耗费资源的操作。

有多频繁呢？以 mousemove 为例，根据 DOM Level 3 的规定，「如果鼠标连续移动，那么浏览器就应该触发多个连续的 mousemove 事件」，这意味着浏览器会在其内部计时器允许的情况下，根据用户移动鼠标的速度来触发 mousemove 事件。（当然了，如果移动鼠标的速度足够快，比如“刷”一下扫过去，浏览器是不会触发这个事件的）。resize、scroll 和 key* 等事件与此类似。

可以参看这个 Demo 体会下。

Debounce

DOM 事件里的 debounce 概念其实是从机械开关和继电器的“去弹跳”（debounce）衍生出来的，基本思路就是把多个信号合并为一个信号。这篇文章解释得非常清楚，感兴趣的可以一读。

在 JavaScript 中，debounce 函数所做的事情就是，强制一个函数在某个连续时间段内只执行一次，哪怕它本来会被调用多次。我们希望在用户停止某个操作一段时间之后才执行相应的监听函数，而不是在用户操作的过程当中，浏览器触发多少次事件，就执行多少次监听函数。

比如，在某个 3s 的时间段内连续地移动了鼠标，浏览器可能会触发几十（甚至几百）个 mousemove 事件，不使用 debounce 的话，监听函数就要执行这么多次；如果对监听函数使用 100ms 的“去弹跳”，那么浏览器只会执行一次这个监听函数，而且是在第 3.1s 的时候执行的。

现在，我们就来实现一个 debounce 函数。

实现

我们这个 debounce 函数接收两个参数，第一个是要“去弹跳”的回调函数 fn，第二个是延迟的时间 delay。

实际上，大部分的完整 debounce 实现还有第三个参数 immediate ，表明回调函数是在一个时间区间的最开始执行（immediate 为 true）还是最后执行（immediate 为 false），比如 underscore 的 _.debounce。本文不考虑这个参数，只考虑最后执行的情况，感兴趣的可以自行研究。

/**
*
* @param fn {Function}   实际要执行的函数
* @param delay {Number}  延迟时间，也就是阈值，单位是毫秒（ms）
*
* @return {Function}     返回一个“去弹跳”了的函数
*/
function debounce(fn, delay) {
  // 定时器，用来 setTimeout
  var timer

  // 返回一个函数，这个函数会在一个时间区间结束后的 delay 毫秒时执行 fn 函数
  return function () {
    // 保存函数调用时的上下文和参数，传递给 fn
    var context = this
    var args = arguments

    // 每次这个返回的函数被调用，就清除定时器，以保证不执行 fn
    clearTimeout(timer)

    // 当返回的函数被最后一次调用后（也就是用户停止了某个连续的操作），
    // 再过 delay 毫秒就执行 fn
    timer = setTimeout(function () {      fn.apply(context, args)
    }, delay)
  }
}

其实思路很简单，debounce 返回了一个闭包，这个闭包依然会被连续频繁地调用，但是在闭包内部，却限制了原始函数 fn 的执行，强制 fn 只在连续操作停止后只执行一次。

debounce 的使用方式如下：

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$(document).on('mouvemove', debounce(function(e) {    // 代码
}, 250))

用例

还是以 mousemove 为例，为其绑定一个“去弹跳”的监听器，效果是怎样的？请看这个 Demo。

再来考虑另外一个场景：根据用户的输入实时向服务器发 ajax 请求获取数据。我们知道，浏览器触发 key* 事件也是非常快的，即便是正常人的正常打字速度，key* 事件被触发的频率也是很高的。以这种频率发送请求，一是我们并没有拿到用户的完整输入发送给服务器，二是这种频繁的无用请求实在没有必要。

更合理的处理方式是，在用户“停止”输入一小段时间以后，再发送请求。那么 debounce 就派上用场了：

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$('input').on('keyup', debounce(function(e) {    // 发送 ajax 请求
}, 300))

可以查看这个 Demo 看看效果。

Throttle

throttle 的概念理解起来更容易，就是固定函数执行的速率，即所谓的“节流”。正常情况下，mousemove 的监听函数可能会每 20ms（假设）执行一次，如果设置 200ms 的“节流”，那么它就会每 200ms 执行一次。比如在 1s 的时间段内，正常的监听函数可能会执行 50（1000/20）次，“节流” 200ms 后则会执行 5（1000/200）次。

我们先来看 Demo。可以看到，不管鼠标移动的速度是慢是快，“节流”后的监听函数都会“匀速”地每 250ms 执行一次。

实现

与 debounce 类似，我们这个 throttle 也接收两个参数，一个实际要执行的函数 fn，一个执行间隔阈值 threshhold。

同样的，throttle 的更完整实现可以参看 underscore 的 _.throttle。

/**
*
* @param fn {Function}   实际要执行的函数
* @param delay {Number}  执行间隔，单位是毫秒（ms）
*
* @return {Function}     返回一个“节流”函数
*/

function throttle(fn, threshhold) {
  // 记录上次执行的时间
  var last

  // 定时器
  var timer

  // 默认间隔为 250ms
  threshhold || (threshhold = 250)

  // 返回的函数，每过 threshhold 毫秒就执行一次 fn 函数
  return function () {
    // 保存函数调用时的上下文和参数，传递给 fn
    var context = this
    var args = arguments

    var now = +new Date()

    // 如果距离上次执行 fn 函数的时间小于 threshhold，那么就放弃
    // 执行 fn，并重新计时
    if (last && now < last + threshhold) {      clearTimeout(timer)

      // 保证在当前时间区间结束后，再执行一次 fn
      timer = setTimeout(function () {        last = now
        fn.apply(context, args)
      }, threshhold)

    // 在时间区间的最开始和到达指定间隔的时候执行一次 fn
    } else {      last = now
      fn.apply(context, args)
    }
  }
}

原理也不复杂，相比 debounce，无非是多了一个时间间隔的判断，其他的逻辑基本一致。throttle 的使用方式如下：

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$(document).on('mouvemove', throttle(function(e) {    // 代码
}, 250))

用例

throttle 常用的场景是限制 resize 和 scroll 的触发频率。以 scroll 为例，查看这个 Demo 感受下。

可视化解释

如果还是不能完全体会 debounce 和 throttle 的差异，可以到这个页面看一下两者可视化的比较。

总结

debounce 强制函数在某段时间内只执行一次，throttle 强制函数以固定的速率执行。在处理一些高频率触发的 DOM 事件的时候，它们都能极大提高用户体验。