一、为什么JavaScript是单线程?
JavaScript语言的一大特点就是单线程,也就是说,同一个时间只能做一件事。那么,为什么JavaScript不能有多个线程呢?这样能提高效率啊。
JavaScript的单线程,与它的用途有关。作为浏览器脚本语言,JavaScript的主要用途是与用户互动,以及操作DOM。这决定了它只能是单线程,否则会带来很复杂的同步问题。比如,假定JavaScript同时有两个线程,一个线程在某个DOM节点上添加内容,另一个线程删除了这个节点,这时浏览器应该以哪个线程为准?
为了利用多核CPU的计算能力,HTML5提出Web Worker标准,允许JavaScript脚本创建多个线程,但是子线程完
全受主线程控制,且不得操作DOM。所以,这个新标准并没有改变JavaScript单线程的本质。
二、任务队列
单线程就意味着,所有任务需要排队,前一个任务结束,才会执行后一个任务。如果前一个任务耗时很长,后一个任务就不得不一直等着。
如果排队是因为计算量大,CPU忙不过来,倒也算了,但是很多时候CPU是闲着的,因为IO设备(输入输出设备)很慢(比如Ajax操作从网络读取数据),不得不等着结果出来,再往下执行。
JavaScript语言的设计者意识到,这时主线程完全可以不管IO设备,挂起处于等待中的任务,先运行排在后面的任务。等到IO设备返回了结果,再回过头,把挂起的任务继续执行下去。
于是,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)。同步任务指的是,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;异步任务指的是,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。
具体来说,异步执行的运行机制如下。(同步执行也是如此,因为它可以被视为没有异步任务的异步执行。)
(1)所有同步任务都在主线程上执行,形成一个执行栈(execution context stack)。
(2)主线程之外,还存在一个"任务队列"(task queue)。只要异步任务有了运行结果,就在"任务队列"之中放置一个事件。
(3)一旦"执行栈"中的所有同步任务执行完毕,系统就会读取"任务队列",看看里面有哪些事件。那些对应的异步任务,于是结束等待状态,进入执行栈,开始执行。
(4)主线程不断重复上面的第三步。
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');
Promise是一个构造函数,自己身上有all、reject、resolve这几个眼熟的方法,原型上有then、catch等同样很眼熟的方法。这么说用Promise new出来的对象肯定就有then、catch方法喽,没错。
基本作用:Promise是一个方案,用来解决多层回调嵌套的解决方案。详情 请查阅 http://es6.ruanyifeng.com/#docs/promise
Promise:http://bruce-xu.github.io/blogs/js/promise
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"
三、事件和回调函数
“任务队列”是一个事件的队列(也可以理解成消息的队列),IO设备完成一项任务,就在”任务队列”中添加一个事件,表示相关的异步任务可以进入”执行栈”了。主线程读取”任务队列”,就是读取里面有哪些事件。
“任务队列”中的事件,除了IO设备的事件以外,还包括一些用户产生的事件(比如鼠标点击、页面滚动等等)。只要指定过回调函数,这些事件发生时就会进入”任务队列”,等待主线程读取。
所谓”回调函数”(callback),就是那些会被主线程挂起来的代码。异步任务必须指定回调函数,当主线程开始执行异步任务,就是执行对应的回调函数。
“任务队列”是一个先进先出的数据结构,排在前面的事件,优先被主线程读取。主线程的读取过程基本上是自动的,只要执行栈一清空,”任务队列”上第一位的事件就自动进入主线程。但是,由于存在后文提到的”定时器”功能,主线程首先要检查一下执行时间,某些事件只有到了规定的时间,才能返回主线程。
四、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(事件循环)。
为了更好地理解Event Loop,
https://img-blog.csdn.net/20160708162153924
执行栈中的代码(同步任务),总是在读取”任务队列”(异步任务)之前执行。请看下面这个例子。
var req = new XMLHttpRequest();
req.open('GET', url);
req.onload = function (){};
req.onerror = function (){};
req.send();
上面代码中的req.send方法是Ajax操作向服务器发送数据,它是一个异步任务,意味着只有当前脚本的所有代码执行完,系统才会去读取”任务队列”。所以,它与下面的写法等价。
var req = new XMLHttpRequest();
req.open('GET', url);
req.send();
req.onload = function (){};
req.onerror = function (){};
也就是说,指定回调函数的部分(onload和onerror),在send()方法的前面或后面无关紧要,因为它们属于执行栈的一部分,系统总是执行完它们,才会去读取”任务队列”。
五、定时器
除了放置异步任务的事件,”任务队列”还可以放置定时事件,即指定某些代码在多少时间之后执行。这叫做”定时器”(timer)功能,也就是定时执行的代码。
定时器功能主要由setTimeout()和setInterval()这两个函数来完成,它们的内部运行机制完全一样,区别在于前者指
定的代码是一次性执行,后者则为反复执行。以下主要讨论setTimeout()。
setTimeout()接受两个参数,第一个是回调函数,第二个是推迟执行的毫秒数。
console.log(1);
setTimeout(function(){console.log(2);},1000);
console.log(3);
上面代码的执行结果是1,3,2,因为setTimeout()将第二行推迟到1000毫秒之后执行。
所以说 setTimeout方法并不能阻塞程序,只是将延时的代码放到了任务队列中
如果将setTimeout()的第二个参数设为0,就表示当前代码执行完(执行栈清空)以后,立即执行(0毫秒间隔)指定的回调函数。
setTimeout(function(){console.log(1);}, 0);
console.log(2);
上面的输出会是什么呢 没错 就是2 ,1
HTML5标准规定了setTimeout()的第二个参数的最小值(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。另外,对于那些DOM的变动(尤其是涉及页面重新渲染的部分),通常不会立即执行,而是每16毫秒执行一次。这时使用requestAnimationFrame()的效果要好于setTimeout()。
需要注意的是,setTimeout()只是将事件插入了”任务队列”,必须等到当前代码(执行栈)执行完,主线程才会去执行它指定的回调函数。要是当前代码耗时很长,有可能要等很久,所以并没有办法保证,回调函数一定会在setTimeout()指定的时间执行。
https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/API/Window/requestAnimationFrame
六、Node.js的Event Loop
Node.js也是单线程的Event Loop,但是它的运行机制不同于浏览器环境。
除了setTimeout和setInterval这两个方法,Node.js还提供了另外两个与”任务队列”有关的方法:process.nextTick和setImmediate。它们可以帮助我们加深对”任务队列”的理解。
process.nextTick方法可以在当前”执行栈”的尾部—-下一次Event Loop(主线程读取”任务队列”)之前—-触发回调函数。也就是说,它指定的任务总是发生在所有异步任务之前。
setImmediate方法则是在当前”任务队列”的尾部添加事件,也就是说,它指定的任务总是在下一次Event Loop时执行,这与setTimeout(fn, 0)很像。请看下面的例子(via StackOverflow)。
process.nextTick(function A() {
console.log(1);
process.nextTick(function B(){console.log(2);});
});
setTimeout(function timeout() {
console.log('TIMEOUT FIRED');
}, 0)
// 1
// 2
// TIMEOUT FIRED
上面代码中,由于process.nextTick方法指定的回调函数,总是在当前”执行栈”的尾部触发,所以不仅函数A比setTimeout指定的回调函数timeout先执行,而且函数B也比timeout先执行。这说明,如果有多个process.nextTick语句(不管它们是否嵌套),将全部在当前”执行栈”执行。
现在,再看setImmediate。
setImmediate(function A() {
console.log(1);
setImmediate(function B(){console.log(2);});
});
setTimeout(function timeout() {
console.log('TIMEOUT FIRED');
}, 0);
上面代码中,setImmediate与setTimeout(fn,0)各自添加了一个回调函数A和timeout,都是在下一次Event Loop触发。那么,哪个回调函数先执行呢?答案是不确定。运行结果可能是1–TIMEOUT FIRED–2,也可能是TIMEOUT FIRED–1–2。
令人困惑的是,Node.js文档中称,setImmediate指定的回调函数,总是排在setTimeout前面。实际上,这种情况只发生在递归调用的时候。
setImmediate(function (){
setImmediate(function A() {
console.log(1);
setImmediate(function B(){console.log(2);});
});
setTimeout(function timeout() {
console.log('TIMEOUT FIRED');
}, 0);
});
// 1
// TIMEOUT FIRED
// 2
上面代码中,setImmediate和setTimeout被封装在一个setImmediate里面,它的运行结果总是1–TIMEOUT FIRED–2,这时函数A一定在timeout前面触发。至于2排在TIMEOUT FIRED的后面(即函数B在timeout后面触发),是因为setImmediate总是将事件注册到下一轮Event Loop,所以函数A和timeout是在同一轮Loop执行,而函数B在下一轮Loop执行。
我们由此得到了process.nextTick和setImmediate的一个重要区别:多个process.nextTick语句总是在当前”执行栈”一次执行完,多个setImmediate可能则需要多次loop才能执行完。事实上,这正是Node.js 10.0版添加setImmediate方法的原因,否则像下面这样的递归调用process.nextTick,将会没完没了,主线程根本不会去读取”事件队列”!
process.nextTick(function foo() {
process.nextTick(foo);
});
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
技术网址:1、深入理解JavaScript的执行机制(同步和异步)https://blog.csdn.net/jssy_csu/article/details/78627628
2、Window文档 https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/API/Window