学习笔记——Event Loop

摘自:http://www.ruanyifeng.com/blog/2014/10/event-loop.html
Ref: https://vimeo.com/96425312

为什么JavaScript是单线程？

JavaScript语言的一大特点就是单线程，即同一个时间只能做一件事。
这是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，这时浏览器无法确定以哪个线程为准，所以，为了避免复杂性,JavaScript就是单线程.

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。

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。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。所以JavaScript 将任务分成两种，

• 同步任务（synchronous）：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（asynchronous）：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。

JavaScript异步任务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。哪些对应的异步任务，于是结束等待状态，进入执行栈，开始执行。

• 主线程不断重复上面的第三步。下图就是主线程和任务队列的示意图

  
  
  

  Canvas 1.jpg

只要主线程空了，就会去读取"任务队列"，这就是JavaScript的运行机制。这个过程会不断重复。

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），通常有以下来源：

• IO设备： 当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。
• 用户产生的事件：如鼠标点击，页面滚动等，如果为这些事件指定了“回调函数”，他们就会进入“任务队列”等待主线程的读取。
• Note:
  • 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。

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）。下图解释了Event Loop的运行过程。

js-runtiom-engine.jpg

Event Loop（图）

上图中，主线程运行的时候，产生堆（heap）和栈（stack），栈中的代码调用各种外部API，它们在"任务队列"中加入各种事件（click，load，done）。只要栈中的代码执行完毕，主线程就会去读取"任务队列"，依次执行那些事件所对应的回调函数。
这里我们使用发送异步请求为例子，解释运行的过程，代码如下：

fuction onGetProduct(products) {
 console.log('we have get the products');
}

console.log("hello , let's start!");
$get("/products", onGetProduct);
console.log("Let's wait a moment")

• 其中heap和stack是有由javascript runtime engine， 而调用WEB APIs 和task queue是浏览器实现的行为。
• 当程序开始运行是，同步任务会直接在调用栈中执行， 所以上诉代码会直接打印出"hello , let's start!"。
• 但对于异步请求不会直接进入调用栈，而一定会先进入任务队列， 如果是Ajax请求，则会等待结果返回以后将回调函数存入任务队列，如果是定时器，则等到时间到了再将回调函数存入任务队列。
• 当调用栈执行完同步任务后，会从任务队列中查找是否有待执行的回调函数，来进行执行。
• 需要注意的是执行栈中的代码（同步任务），总是在读取"任务队列"（异步任务）之前执行。

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。

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);

上面代码的执行结果总是2，1，因为只有在执行完第二行以后，系统才会去执行"任务队列"中的回调函数。

总之，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，也就是说，尽可能早得执行。它在"任务队列"的尾部添加一个事件，因此要等到同步任务和"任务队列"现有的事件都处理完，才会得到执行。

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。