从setTimeout理解JS运行机制

序

setTimeout()函数：用来指定某个函数或某段代码在多少毫秒之后执行。它返回一个整数，表示定时器timer的编号，可以用来取消该定时器。

例子

console.log(1);
setTimeout(function () {
    console.log(2);
}, 0);
console.log(3);
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问：最后的打印顺序是什么？（如果不了解js的运行机制就会答错）

正确答案：1 3 2

解析：无论setTimeout的执行时间是0还是1000，结果都是先输出3后输出2，这就是面试官常常考查的js运行机制的问题，接下来我们要引入一个概念，JavaScript 是单线程的。

JavaScript 单线程

JavasScript引擎是基于事件驱动和单线程执行的，JS引擎一直等待着任务队列中任务的到来，然后加以处理，浏览器无论什么时候都只有一个JS线程在运行程序，即主线程。

通俗的说：JS在同一时间内只能做一件事，这也常被称为 “阻塞式执行”。

任务队列

那么单线程的JavasScript是怎么实现“非阻塞执行”呢？

答：异步容易实现非阻塞，所以在JavaScript中对于耗时的操作或者时间不确定的操作，使用异步就成了必然的选择。

诸如事件点击触发回调函数、ajax通信、计时器这种异步处理是如何实现的呢？

答：任务队列

所有任务可以分成两种，一种是同步任务（synchronous），另一种是异步任务（asynchronous）。

任务队列：一个先进先出的队列，它里面存放着各种事件和任务。

同步任务

同步任务：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。

输出如：console.log()
变量的声明
同步函数：如果在函数返回的时候，调用者就能够拿到预期的返回值或者看到预期的效果，那么这个函数就是同步的。

异步任务

setTimeout和setInterval
DOM事件
Promise
process.nextTick
fs.readFile
http.get
异步函数：如果在函数返回的时候，调用者还不能够得到预期结果，而是需要在将来通过一定的手段得到，那么这个函数就是异步的。

除此之外，任务队列又分为macro-task（宏任务）与micro-task（微任务），在ES5标准中，它们被分别称为task与job。

宏任务

I/O
setTimeout
setInterval
setImmdiate
requestAnimationFrame

微任务

process.nextTick
Promise
Promise.then
MutationObserver

宏任务和微任务的执行顺序

一次事件循环中，先执行宏任务队列里的一个任务，再把微任务队列里的所有任务执行完毕，再去宏任务队列取下一个宏任务执行。

注：在当前的微任务没有执行完成时，是不会执行下一个宏任务的。

setTimeout运行机制

setTimeout 和 setInterval的运行机制是将指定的代码移出本次执行，等到下一轮 Event Loop 时，再检查是否到了指定时间。如果到了，就执行对应的代码；如果不到，就等到再下一轮 Event Loop 时重新判断。

这意味着，setTimeout指定的代码，必须等到本次执行的所有同步代码都执行完，才会执行。

优先关系：异步任务要挂起，先执行同步任务，同步任务执行完毕才会响应异步任务。

进阶题

console.log('A');
setTimeout(function () {
    console.log('B');
}, 0);
while (1) {}
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大家再猜一下这段程序输出的结果会是什么？

答：A

注：建议先注释掉while循环代码块的代码，执行后强制删除进程，不然会造成“假死”。

同步队列输出A之后，陷入while(true){}的死循环中，异步任务不会被执行。

类似的，有时addEventListener()方法监听点击事件click，用户点了某个按钮会卡死，就是因为当前JS正在处理同步队列，无法将click触发事件放入执行栈，不会执行，出现“假死”。

定时获取接口更新数据

for (var i = 0; i < 4; i++) {
    setTimeout(function () {
        console.log(i);
    }, 1000);
}
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输出结果为，隔1s后一起输出：4 4 4 4

for循环是一个同步任务，为什么连续输出四个4？

答：因为有队列插入的时间，即使执行时间从1000改成0，还是输出四个4。

那么这个问题是如何产生和解决的呢？请接着阅读

异步队列执行的时间

执行到异步任务的时候，会直接放到异步队列中吗？ 答案是不一定的。

因为浏览器有个定时器（timer）模块，定时器到了执行时间才会把异步任务放到异步队列。

for循环体执行的过程中并没有把setTimeout放到异步队列中，只是交给定时器模块了。4个循环体执行速度非常快（不到1毫秒）。定时器到了设置的时间才会把setTimeout语句放到异步队列中。

即使setTimeout设置的执行时间为0毫秒，也按4毫秒算。

这就解释了上题为什么会连续输出四个4的原因。

HTML5 标准规定了setTimeout()的第二个参数的最小值，即最短间隔，不得低于4毫秒。如果低于这个值，就会自动增加。在此之前，老版本的浏览器都将最短间隔设为10毫秒。

利用闭包实现 setTimeout 间歇调用

for (let i = 0; i < 4; i++) {
    (function (j) {
        setTimeout(function () {
            console.log(j);
        }, 1000 * i)
    })(i);
}
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执行后，会隔1s输出一个值，分别是：0 1 2 3

此方法巧妙利用IIFE声明即执行的函数表达式来解决闭包造成的问题。
将var改为let，使用了ES6语法。

这里也可以用setInterval()方法来实现间歇调用。

详见：setTimeout和setInterval的区别

利用JS中基本类型的参数传递是按值传递的特征实现

var output = function (i) {
    setTimeout(function () {
        console.log(i);

    }, 1000 * i)
}
for (let i = 0; i < 4; i++) {
    output(i);
}
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执行后，会隔1s输出一个值，分别是：0 1 2 3

实现原理：传过去的i值被复制了。

基于Promise的解决方案

const tasks = [];

const output = (i) => new Promise((resolve) => {
    setTimeout(() => {
        console.log(i);
        resolve();
    }, 1000 * i);

});

//生成全部的异步操作
for (var i = 0; i < 5; i++) {
    tasks.push(output(i));
}
//同步操作完成后，输出最后的i
Promise.all(tasks).then(() => {
    setTimeout(() => {
        console.log(i);
    }, 1000)
})
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执行后，会隔1s输出一个值，分别是：0 1 2 3 4 5

优点：提高了代码的可读性。

注意：如果没有处理Promise的reject，会导致错误被丢进黑洞。

使用ES7中的async await特性的解决方案（推荐）

const sleep = (timeountMS) => new Promise((resolve) => {
    setTimeout(resolve, timeountMS);
});

(async () => { //声明即执行的async
    for (var i = 0; i < 5; i++) {
        await sleep(1000);
        console.log(i);
    }

    await sleep(1000);
    console.log(i);

})();
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执行后，会隔1s输出一个值，分别是：0 1 2 3 4 5

事件循环 Event Loop

主线程从任务队列中读取事件，这个过程是循环不断的，所以整个的这种运行机制又称为Event Loop。

有时候 setTimeout明明写的延时3秒，实际却5，6秒才执行函数，这又是因为什么？

答：setTimeout 并不能保证执行的时间，是否及时执行取决于 JavaScript 线程是拥挤还是空闲。

浏览器的JS引擎遇到setTimeout，拿走之后不会立即放入异步队列，同步任务执行之后，timer模块会到设置时间之后放到异步队列中。js引擎发现同步队列中没有要执行的东西了，即运行栈空了就从异步队列中读取，然后放到运行栈中执行。所以setTimeout可能会多了等待线程的时间。

这时setTimeout函数体就变成了运行栈中的执行任务，运行栈空了，再监听异步队列中有没有要执行的任务，如果有就继续执行，如此循环，就叫Event Loop。

总结

JavaScript通过事件循环和浏览器各线程协调共同实现异步。同步可以保证顺序一致，但是容易导致阻塞；异步可以解决阻塞问题，但是会改变顺序性。

知识点梳理：

理解JS的单线程的概念：一段时间内做一件事
理解任务队列：同步任务、异步任务
理解 Event Loop
理解哪些语句会放入异步任务队列
理解语句放入异步任务队列的时机

最后，希望大家阅后有所收获。🤠

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