浅析JavaScript的执行机制

　　再阅读之前，可以先看看之前总结的这篇，两篇结合，效果更好：JS中的单线程与多线程、事件循环与消息队列、宏任务与微任务

一、关于 JavaScript

　　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。

　　所以一切javascript版的"多线程"都是用单线程模拟出来的，一切javascript多线程都是纸老虎！

二、javascript事件循环

　　既然js是单线程，那就像只有一个窗口的银行，客户需要排队一个一个办理业务，同理js任务也要一个一个顺序执行。

　　如果一个任务耗时过长，那么后一个任务也必须等着。那么问题来了，假如我们想浏览新闻，但是新闻包含的超清图片加载很慢，难道我们的网页要一直卡着直到图片完全显示出来？

　　因此聪明的程序员将任务分为两类：同步任务和异步任务。

　　当我们打开网站时，网页的渲染过程就是一大堆同步任务，比如页面骨架和页面元素的渲染。而像加载图片音乐之类占用资源大耗时久的任务，就是异步任务。

　　关于这部分有严格的文字定义，但本文的目的是用最小的学习成本彻底弄懂执行机制，所以我们用导图来说明：

　　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。
上述过程会不断重复，也就是常说的Event Loop(事件循环)。

　　我们不禁要问了，那怎么知道主线程执行栈为空啊？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。

　　说了这么多文字，不如直接一段代码更直白：

let data = [];
$.ajax({
    url:www.javascript.com,
    data:data,
    success:() => {
        console.log('发送成功!');
    }
})
console.log('代码执行结束');

　　上面是一段简易的ajax请求代码：

ajax进入Event Table，注册回调函数success。
执行console.log('代码执行结束')。
ajax事件完成，回调函数success进入Event Queue。
主线程从Event Queue读取回调函数success并执行。

　　相信通过上面的文字和代码，你已经对js的执行顺序有了初步了解。接下来我们来研究进阶话题：setTimeout。

三、setTimeout

　　大名鼎鼎的setTimeout无需再多言，大家对他的第一印象就是异步可以延时执行，我们经常这么实现延时3秒执行：

setTimeout(() => {
    console.log('延时3秒');
},3000)

　　渐渐的setTimeout用的地方多了，问题也出现了，有时候明明写的延时3秒，实际却5，6秒才执行函数，这又咋回事啊？我们看下面代码：

setTimeout(() => {
    task()
},3000)

sleep(10000000)

　　乍一看其实差不多嘛，但我们把这段代码在chrome执行一下，却发现控制台执行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？

　　这时候我们需要重新理解setTimeout的定义。我们先说上述代码是怎么执行的：

task()进入Event Table并注册,计时开始。
执行sleep函数，很慢，非常慢，计时仍在继续。
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。
sleep终于执行完了，task()终于从Event Queue进入了主线程执行。

　　上述的流程走完，我们知道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。举例说明：

setTimeout(() => {
    console.log('执行啦')
},0);
console.log('先执行这里');
// 先执行这里
// undefined（代表主线程执行完毕）
// 执行啦（再执行异步任务）

　　关于setTimeout要补充的是，即便主线程为空，0毫秒实际上也是达不到的。根据HTML的标准，最低是4毫秒。有兴趣的同学可以自行了解。

四、setInterval

　　上面说完了setTimeout，当然不能错过它的孪生兄弟setInterval。他俩差不多，只不过后者是循环的执行。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。

　　唯一需要注意的一点是，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。这句话请读者仔细品味。

五、Promise与process.nextTick(callback)

　　传统的定时器我们已经研究过了，接着我们探究Promise与process.nextTick(callback)的表现。

　　Promise的定义和功能本文不再赘述，而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。

　　我们进入正题，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：

macro-task(宏任务)：包括整体代码script，setTimeout，setInterval
micro-task(微任务)：Promise，process.nextTick

　　不同类型的任务会进入对应的Event Queue，比如setTimeout和setInterval会进入相同的Event Queue。

　　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。

　　听起来有点绕，我们用一段代码说明：

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。

六、事件循环，宏任务，微任务的关系如图所示：

七、实例分析

　　我们来分析一段较复杂的代码，看看你是否真的掌握了js的执行机制：

console.log('1');  // 1、先执行1

setTimeout(function() { // 2、进入宏任务event queue
    console.log('2'); // 10、微任务结束，进入下一个宏任务继续循环，打印2
    process.nextTick(function() {// 11、进入微任务
        console.log('3'); // 14、打印3
    })
    new Promise(function(resolve) { // 12、该宏任务，打印4
        console.log('4');
        resolve();
    }).then(function() { // 13、进入微任务
        console.log('5') // 15、打印5
    })
})
process.nextTick(function() { // 3、进入微任务event queue
    console.log('6'); // 8、有微任务，打印6
})
new Promise(function(resolve) { // 4、主线程执行7
    console.log('7');
    resolve();
}).then(function() { // 5、then进入微任务event queue
    console.log('8') // 9、有微任务，打印8
})

setTimeout(function() { // 6、进入宏任务event queue
    console.log('9');
    process.nextTick(function() {
        console.log('10');
    })
    new Promise(function(resolve) {
        console.log('11');
        resolve();
    }).then(function() {
        console.log('12')
    })
})
// 7、主线程宏任务结束、查看是否有需要处理的微任务

1、第一轮事件循环流程分析如下：

整体script作为第一个宏任务进入主线程，遇到console.log，输出1。
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。
遇到process.nextTick()，其回调函数被分发到微任务Event Queue中。我们记为process1。
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。
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。

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。
我们发现了process1和then1两个微任务。
执行process1,输出6。
执行then1，输出8。

2、好了，第一轮事件循环正式结束，这一轮的结果是输出1，7，6，8。那么第二轮时间循环从setTimeout1宏任务开始：

　　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。

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。
输出3。
输出5。
第二轮事件循环结束，第二轮输出2，4，3，5。

3、第三轮事件循环开始，此时只剩setTimeout2了，执行。

直接输出9。
将process.nextTick()分发到微任务Event Queue中。记为process3。
直接执行new Promise，输出11。
将then分发到微任务Event Queue中，记为then3。

第三轮事件循环宏任务执行结束，执行两个微任务process3和then3。
输出10。
输出12。
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。

八、总结

1、js的异步

　　我们从最开头就说javascript是一门单线程语言，不管是什么新框架新语法糖实现的所谓异步，其实都是用同步的方法去模拟的，牢牢把握住单线程这点非常重要。

2、事件循环Event Loop

　　事件循环是js实现异步的一种方法，也是js的执行机制。

3、javascript的执行和运行

　　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。

4、setImmediate

　　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。

5、javascript是一门单线程语言。

　　Event Loop是javascript的执行机制。

　　牢牢把握两个基本点。

posted @ 2020-11-24 11:19 古兰精阅读(184) 评论(0) 编辑收藏举报

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