深入理解JavaScript的执行机制（同步和异步）

 

同步的任务没有优先级之分，异步执行有优先级，先执行微任务（microtask队列），再执行宏任务（macrotask队列），同级别按顺序执行

不论是面试求职，还是日常开发工作，我们经常会遇到这样的情况：给定的几行代码，我们需要知道其输出内容和顺序。因为JavaScript是一门单线程语言，所以我们可以得出结论：
JavaScript是按照语句出现的顺序执行的

所以我们以为JS都是这样的： 

let a = '1';
console.log(a);

let b = '2';
console.log(b);
然而实际上JS是这样的： 
setTimeout(function(){
    console.log('定时器开始')
});

new Promise(function(resolve){
    console.log('马上执行for循环');
    for(var i = 0; i < 10000; i++){
        i == 99 && resolve();
    }
}).then(function(){
    console.log('执行then函数')
});

console.log('代码执行结束');

依照JS是按照语句出现的顺序执行这个理念，我自信的写下输出结果：

//"定时器开始"
//"马上执行for循环"
//"执行then函数"
//"代码执行结束"

去chrome上验证下，结果完全不对，实际上是：

//"马上执行for循环"
//"代码执行结束"
//"执行then函数"
//"定时器开始"

我们真的要彻底弄明白JavaScript的执行机制了。

1.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！

2.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
  • 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：

这里写图片描述

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引擎中存在monitoring process进程，它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。

3.setTimeout函数

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






根据前面我们的结论，setTimeout是异步的，应该先执行console.log这个同步任务，所以我们的结论是：




//执行console
//task()




去验证一下，结果正确！
然后我们修改一下前面的代码： 




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

sleep(10000000)// sleep代表一个执行需要耗时很久的函数，并不是真实的sleep函数。




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：




//代码1
console.log('先执行这里');
setTimeout(() => {
    console.log('执行啦')
},0);
//代码2
console.log('先执行这里');
setTimeout(() => {
    console.log('执行啦')
},3000);




代码1的输出结果是：




//先执行这里
//执行啦




代码2的输出结果是：




//先执行这里
// ... 3s later
// 执行啦




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。有兴趣的话可以自行了解。


延伸：setTimeout有最小时间间隔限制，HTML5标准为4ms，小于4ms按照4ms处理，但是每个浏览器实现的最小间隔都不同。
setInterval的最短间隔时间是10毫秒，也就是说，小于10毫秒的时间间隔会被调整到10毫秒


4.setInterval函数


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。（即如果setInterval的回调执行时间长于指定的延迟，setInterval将无间隔的一个接一个执行）这句话请读者仔细品味。


5.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，不了解的读者可以学习一下阮一峰老师的Promise。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。






setTimeout(function() {
    console.log('setTimeout');
})
new Promise(function(resolve) {
    console.log('promise');
    resolve();// 在浏览器里，Promise没写resolve，'then'是不会输出的，这里为了方便演示人为添加执行
}).then(function() {
    console.log('then');
})
console.log('console');




    

  • 这段代码作为宏任务，进入主线程。
    • 

  • 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)
    • 

  • 接下来遇到了Promise，new Promise立即执行，then函数分发到微任务Event Queue。
    • 

  • 遇到console.log()，立即执行。
    • 

  • 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。
    • 

  • 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。
    • 

  • 结束。
    执行结果：

    

    // promise
// console
// then
// setTimeout
    

    

    • 



事件循环，宏任务，微任务的关系如图所示：
这里写图片描述


我们来分析一段较复杂的代码，看看是否真的掌握了JS的执行机制：




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. 

  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. 

  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. 

  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. 

  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。
    

    这里写图片描述
    

    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。


    

  • 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。
    • 



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。
    

    这里写图片描述
    

    • 

  • 

    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。
    • 

  • 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。
    

    这里写图片描述
    

    • 

  • 

    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。（浏览器环境）
(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)
总之:setTimeout，setInterval产生的是宏任务，promise的then,process.nextTick产生的是微任务。


延伸:在node环境下测试结果为1，7，6，8，2，4，9，11，3，10，5，12。（node端）
结果差异分析：”一次事件循环只执行一次宏任务(task), 然后执行多个微任务(microtask)”,这是文中浏览器环境下输出结果的依据。而这个规则不适用于node。
因为node的event loop是分阶段的，有timers，poll，check等等。其中timer阶段指定setTimeout()和setInterval()所设定的时间，poll()阶段执行已经达到对应时间的timer回调，也就是setTimeout和setInterval。此阶段不但会执行上述两个函数的回调，也会清空poll队列的事件，导致示例代码中两个setTimeout宏任务中间并没有微任务执行，从而使2，4后输出的是9而不是3。
总而言之，node的event loop和浏览器端的event loop从规范上就存在差异，故输出顺序也会存在差异，同理这与优先级并无关系。


6.写在最后


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（很重要！）。


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. 最后的最后
JavaScript是一门单线程语言
Event Loop是JavaScript的执行机制


牢牢把握以上两个基本点


转载：https://www.cnblogs.com/guoyeqiang/p/8317582.html






		

		
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2020-08-17 11:34 
bingxiaoxiao 
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