js 运行原理解析

关于JavaScript 如何工作的，由以下这几个概念

JS Engline (JS引擎)
Runtime（运行上下文）
Call Stack (调用栈)
Event Loop（事件循环）
Callback (回调)

1. JS Engine

目前最流行的JS引擎非V8莫属了，Chrome浏览器和Node.js采用的引擎就是V8引擎。
目前最流行的JS引擎非V8莫属了，Chrome浏览器和Node.js采用的引擎就是V8引擎。引擎的结构可以简单由下图表示：
[图片上传失败...(image-e2ed5b-1577415600424)]
就如JVM虚拟机一样，JS引擎中也有堆(Memory Heap)和栈(Call Stack)的概念。

栈。用来存储方法调用的地方，以及基础数据类型(如var a = 1)也是存储在栈里面的，会随着方法调用结束而自动销毁掉(入栈-->方法调用后-->出栈)。
堆。JS引擎中给对象分配的内存空间是放在堆中的。如var foo = {name: 'foo'} 那么这个foo所指向的对象是存储在堆中的。

此外，JS中存在闭包的概念，对于基本类型变量如果存在与闭包当中，那么也将存储在堆中。

function foo () {
  var x; // local variables
  var y; // captured variable, bar中引用了y

  function bar () {
  // bar 中的context会capture变量y
    use(y);
  }

  return bar;
}

如上述情况，变量y存在与bar()的闭包中，因此y是captured variable，是存储在堆中的。

2. RunTime

JS在浏览器中可以调用浏览器提供的API，如window对象，DOM相关API等。这些接口并不是由V8引擎提供的，是存在与浏览器当中的。因此简单来说，对于这些相关的外部接口，可以在运行时供JS调用，以及JS的事件循环(Event Loop)和事件队列(Callback Queue)，把这些称为RunTime。有些地方也把JS所用到的core lib核心库也看作RunTime的一部分。
[图片上传失败...(image-d4fd49-1577415600424)]
同样，在Node.js中，可以把Node的各种库提供的API称为RunTime。所以可以这么理解，Chrome和Node.js都采用相同的V8引擎，但拥有不同的运行环境

3. Call Stack

JS被设计为单线程运行的，这是因为JS主要用来实现很多交互相关的操作，如DOM相关操作，如果是多线程会造成复杂的同步问题。因此JS自诞生以来就是单线程的，而且主线程都是用来进行界面相关的渲染操作
为什么说是主线程，因为HTML5 提供了Web Worker，独立的一个后台JS，用来处理一些耗时数据操作。因为不会修改相关DOM及页面元素，因此不影响页面性能
如果有阻塞产生会导致浏览器卡死。

如果一个递归调用没有终止条件，是一个死循环的话，会导致调用栈内存不够而溢出，如：

function foo() {
    foo();
}
foo();

例子中foo函数循环调用其本身，且没有终止条件，浏览器控制台输出调用栈达到最大调用次数。

[图片上传失败...(image-9c7535-1577415600424)]

JS线程如果遇到比较耗时操作，如读取文件，AJAX请求操作怎么办？这里JS用到了Callback回调函数来处理。

对于Call Stack中的每个方法调用，都会形成它自己的一个执行上下文Execution Context

4.Event Loop & Callback

JS通过回调的方式，异步处理耗时的任务。一个简单的例子：

var result = ajax('...');
console.log(result);

此时并不会得到result的值，result是undefined。这是因为ajax的调用是异步的，当前线程并不会等到ajax请求到结果后才执行console.log语句。而是调用ajax后请求的操作交给回调函数，自己是立刻返回。正确的写法应该是：

ajax('...', function(result) {
    console.log(result);
})

此时才能正确输出请求返回的结果。

JS引擎其实并不提供异步的支持，异步支持主要依赖于运行环境(浏览器或Node.js)。

所以什么是Event Loop?

Event Loop只做一件事情，负责监听Call Stack和Callback Queue。当Call Stack里面的调用栈运行完变成空了，Event Loop就把Callback Queue里面的第一条事件(其实就是回调函数)放到调用栈中并执行它，后续不断循环执行这个操作。

console.log('Hi');
setTimeout(function cb1() { 
    console.log('cb1');
}, 5000);
console.log('Bye');

image

setTimeout有个要注意的地方，如上述例子延迟5s执行，不是严格意义上的5s，正确来说是至少5s以后会执行。因为Web API会设定一个5s的定时器，时间到期后将回调函数加到队列中，此时该回调函数还不一定会马上运行，因为队列中可能还有之前加入的其他回调函数，而且还必须等到Call Stack空了之后才会从队列中取一个回调执行。

所以常见的setTimeout(callback, 0) 的做法就是为了在常规的调用介绍后马上运行回调函数

console.log('Hi');
setTimeout(function() {
    console.log('callback');
}, 0);
console.log('Bye');
// 输出
// Hi
// Bye
// callback

在说一个容易犯错的栗子：

for (var i = 0; i < 5; i++) {
    setTimeout(function() {
        console.log(i);
    }, 1000 * i);
}
    
// 输出：5 5 5 5 5

上面这个例子并不是输出0，1，2，3，4，第一反应觉得应该是这样。但梳理了JS的时间循环后，应该很容易明白。

调用栈先执行 ==for(var i = 0; i < 5; i++) {...}== 方法，里面的定时器会到时间后会直接把回调函数放到事件队列中，等for循环执行完在依次取出放进调用栈。当for循环执行完时，i的值已经变成5，所以最后输出全都是5

总结

JS引擎主要负责把JS代码转为机器能执行的机器码，而JS代码中调用的一些WEB API则由运行环境提供，这里代指浏览器。
JS是单线程，每次都从调用栈取出代码进行掉用。如果当前代码非常耗时，则会阻塞当前线程浏览器导致浏览器卡顿。
回调函数是通过加入到事件队列，等待Event Loop拿出并放到调用栈中进行调用。只有Event Loop监听到调用栈（Call Stack）为空时，才会从事件队列中从队头拿出回调函数放入调用栈里。