JavaScript深入之运行机制

JavaScript深入之运行机制

1.基础知识

• JavaScript 是一门单线程语言，在最新的HTML5 中提出了Web-Worker，但JavaScript 是单线程这一核心仍未改变。

• Js 作为浏览器脚本语言，它的主要用途是与用户互动，以及操作DOM，因此Js是单线程，也避免了同时操作同一个DOM的矛盾问题；

• 为了利用多核CPU的计算能力，H5的Web Worker实现的“多线程”实际上指的是“多子线程”，完全受控于主线程，且不允许操作DOM；

• 所有同步任务都在主线程上执行，形成一个执行栈（execution context stack）；

• 如果在微任务执行期间微任务队列加入了新的微任务，会将新的微任务加入队列尾部，之后也会被执行；

2.Js中的异步操作

• setTimeOut
• setInterval
• ajax
• promise
• I/O

3.同步任务 or 异步任务

• 同步任务(synchronous)：在主线程上排队执行的任务，只有前一个任务执行完毕，才能执行后一个任务；
• 异步任务(asynchronous)：不进入主线程、而进入"任务队列"（task queue）的任务，只有"任务队列"通知主线程，某个异步任务可以执行了，该任务才会进入主线程执行。

4.宏任务 or 微任务

除了广义的同步任务和异步任务，我们对任务有更精细的定义：

• 宏任务(macro-task)：整体代码script、setTimeOut、setInterval
• 微任务(mincro-task)：promise.then、promise.nextTick(node)

5.JavaScript事件循环

导图要表达的内容用文字来表述的话：

• 同步和异步任务分别进入不同的执行"场所"，同步的进入主线程，异步的进入Event Table并注册函数。
• 当指定的事情完成时，Event Table会将这个函数移入Event Queue。
• 主线程内的任务执行完毕为空，会去Event Queue读取对应的函数，进入主线程执行。
• Js引擎存在monitoring process进程，会持续不断的检查主线程执行栈是否为空，一旦为空，就会去Event Queue那里检查是否有等待被调用的函数。上述过程是循环不断的，所以整个的这种运行机制又称为Event Loop（事件循环）

6. setTimeout

• setTimeout(() => {
      task();
  },3000)
  console.log('执行console');
  

  setTimeout是异步的，上面代码先执行console.log这个同步任务，再执行task()。

• setTimeout(() => {
      task()
  },3000)
  
  sleep(10000000)
  

  上面代码执行task()需要的时间远远超过3秒，说好的延时三秒，为啥现在需要这么长时间啊？

  我们先说上述代码是怎么执行的：

  1. task()进入Event Table并注册,计时开始。
  2. 执行sleep函数，很慢，非常慢，计时仍在继续。
  3. 3秒到了，计时事件timeout完成，task()进入Event Queue，但是sleep也太慢了吧，还没执行完，只好等着。
  4. sleep终于执行完了，task()终于从Event Queue进入了主线程执行。

  setTimeout这个函数，是经过指定时间后，把要执行的任务(本例中为task())**加入到Event Queue中。**又因为是单线程任务要一个一个执行，如果前面的任务需要的时间太久，那么只能等着，导致真正的延迟时间远远大于3秒。

  我们还经常遇到setTimeout(fn,0)这样的代码，0秒后执行又是什么意思呢？是不是可以立即执行呢？

  答案是不会的，setTimeout(fn,0)的含义是，指定某个任务在主线程最早可得的空闲时间执行，意思就是不用再等多少秒了，只要主线程执行栈内的同步任务全部执行完成，栈为空就马上执行。

7. setInterval

• 对于执行顺序来说，setInterval会每隔指定的时间将注册的函数置入Event Queue，如果前面的任务耗时太久，那么同样需要等待。

• 注意的是，对于setInterval(fn,ms)来说，我们已经知道不是每过ms秒会执行一次fn，而是每过ms秒，会有fn进入Event Queue。一旦setInterval的回调函数fn执行时间超过了延迟时间ms，那么就完全看不出来有时间间隔了。

8. Promise与process.nextTick(callback)

• new Promise是会进入到主线程中立刻执行，而promise.then则属于微任务。

• process.nextTick(callback)类似node.js版的"setTimeout"，在事件循环的下一次循环中调用 callback 回调函数。

9. 事件循环的顺序

事件循环的顺序，决定Js代码的执行顺序。进入整体代码(宏任务)后，开始第一次循环。接着执行所有的微任务。然后再次从宏任务开始，找到其中一个任务队列执行完毕，再执行所有的微任务。

• 事件循环，宏任务，微任务的关系如图所示：

• 例子1：

  setTimeout(function() {
      console.log('setTimeout');
  })
  
  new Promise(function(resolve) {
      console.log('promise');
  }).then(function() {
      console.log('then');
  })
  
  console.log('console');
  

  1. 这段代码作为宏任务，进入主线程。
  2. 先遇到setTimeout，那么将其回调函数注册后分发到宏任务Event Queue。(注册过程与上同，下文不再描述)
  3. 接下来遇到了Promise，new Promise立即执行，then函数分发到微任务Event Queue。
  4. 遇到console.log()，立即执行。
  5. 好啦，整体代码script作为第一个宏任务执行结束，看看有哪些微任务？我们发现了then在微任务Event Queue里面，执行。
  6. ok，第一轮事件循环结束了，我们开始第二轮循环，当然要从宏任务Event Queue开始。我们发现了宏任务Event Queue中setTimeout对应的回调函数，立即执行。
  7. 结束。

• 例子2：

  console.log('1');
  
  setTimeout(function() {
      console.log('2');
      process.nextTick(function() {
          console.log('3');
      })
      new Promise(function(resolve) {
          console.log('4');
          resolve();
      }).then(function() {
          console.log('5')
      })
  })
  process.nextTick(function() {
      console.log('6');
  })
  new Promise(function(resolve) {
      console.log('7');
      resolve();
  }).then(function() {
      console.log('8')
  })
  
  setTimeout(function() {
      console.log('9');
      process.nextTick(function() {
          console.log('10');
      })
      new Promise(function(resolve) {
          console.log('11');
          resolve();
      }).then(function() {
          console.log('12')
      })
  })
  

  第一轮事件循环流程分析如下：

  1. 整体script作为第一个宏任务进入主线程，遇到console.log，输出1。
  2. 遇到setTimeout，其回调函数被分发到宏任务Event Queue中。我们暂且记为setTimeout1。
  3. 遇到process.nextTick()，其回调函数被分发到微任务Event Queue中。我们记为process1。
  4. 遇到Promise，new Promise直接执行，输出7。then被分发到微任务Event Queue中。我们记为then1。
  5. 又遇到了setTimeout，其回调函数被分发到宏任务Event Queue中，我们记为setTimeout2。
     
  6. 上表是第一轮事件循环宏任务结束时各Event Queue的情况，此时已经输出了1和7。
  7. 我们发现了process1和then1两个微任务。
  8. 执行process1,输出6。
  9. 执行then1，输出8。
  10. 第一轮事件循环正式结束，这一轮的结果是输出1，7，6，8。

  那么第二轮事件循环从setTimeout1宏任务开始：

  1. 首先输出2。接下来遇到了process.nextTick()，同样将其分发到微任务Event Queue中，记为process2。new Promise立即执行输出4，then也分发到微任务Event Queue中，记为then2。
     

  2. 第二轮事件循环宏任务结束，我们发现有process2和then2两个微任务可以执行。

  3. 输出3。

  4. 输出5。

  5. 第二轮事件循环结束，第二轮输出2，4，3，5。

  第三轮事件循环开始：

  1. 此时只剩setTimeout2了，执行。直接输出9。

  2. 将process.nextTick()分发到微任务Event Queue中。记为process3。

  3. 直接执行new Promise，输出11。

  4. 将then分发到微任务Event Queue中，记为then3。
     

  5. 第三轮事件循环宏任务执行结束，执行两个微任务process3和then3。

  6. 输出10。

  7. 输出12。

  8. 第三轮事件循环结束，第三轮输出9，11，10，12。

  整段代码，共进行了三次事件循环完整的输出为1，7，6，8，2，4，3，5，9，11，10，12。
  (请注意，node环境下的事件监听依赖libuv与前端环境不完全相同，输出顺序可能会有误差)

10. 最后

• 事件循环Event Loop是js实现异步的一种方法，也是js的执行机制。

• javascript的执行和运行有很大的区别，javascript在不同的环境下，比如node，浏览器，Ringo等等，执行方式是不同的。而运行大多指javascript解析引擎，是统一的。

• 微任务和宏任务还有很多种类，比如setImmediate等等，执行都是有共同点的，有兴趣的同学可以自行了解。

参考：link