JavaScript 事件循环机制 Event loop

单线程

因为javascript是单线程的，所谓的单线程是指JS引擎中负责解释和执行javascript代码的线程只有一个，可以称为主线程。

除了主线程之外，还存在其他的线程。例如：处理 AJAX 请求的线程、处理 DOM 事件的线程、定时器线程、读写文件的线程(例如在Node.js中)等等。

异步过程

一个异步过程通常是这样的：主线程发起一个异步的请求，相应的工作线程请求并告知主线程已经收到异步函数的返回；主线程可以继续执行后面的代码。同时工作线程执行异步任务。工作线程工作完成后，通知主线程；主线程收到通知后，执行一定的工作。

异步函数通常具有以下的形式：

A(args..., callbackFn)

它可以叫做异步过程的发起函数，或者叫做异步任务注册函数。args是这个函数需要的参数。callbackFn也是这个函数的参数，但是它比较特殊所以单独列出来。

所以，从主线程的角度看，一个异步过程包括下面两个要素：

• 发起函数(或叫注册函数)A
• 回调函数callbackFn

它们都是在主线程上调用的，其中注册函数用来发起异步过程，回调函数用来处理结果。

举个具体的例子：

setTimeout(fn, 1000);

其中的setTimeout就是异步过程的发起函数，fn是回调函数。

前面说的形式A(args..., callbackFn)只是一种抽象的表示，并不代表回调函数一定要作为发起函数的参数，例如：

var xhr = new XMLHttpRequest();
xhr.onreadystatechange = xxx; // 添加回调函数
xhr.open('GET', url);
xhr.send(); // 发起函数

发起函数和回调函数就是分离的。

消息队列和事件循环

异步过程中，工作线程在异步操作完成后需要通知主线程，那么通知机制是怎么样的呢？就是利用消息队列和事件循环。

工作线程将消息放到消息队列，主线程通过事件循环过程去取消息。

• 消息队列： 消息队列是一个先进先出的队列，里面放着各种各样的消息；
• 事件循环： 事件循环是指主线程重复从消息队列中取消息，执行的过程。

实际上，主线程只会做一件事情，就是从消息队列里面取消息、执行消息，再取消息、再执行。当消息队列为空时，就会等待直到消息队列变成非空。而且主线程只有在将当前的消息执行完成后，才会去取下一个消息。这种机制就叫做事件循环机制，取一个消息并执行的过程叫做一次循环。

事件循环用代码表示大概是这样的：

while(true) {
    var message = queue.get();
    execute(message);
}

那么，消息队列中放的消息具体是什么东西？消息的具体结构当然跟具体的实现有关，但是为了简单起见，我们可以认为：

消息就是注册异步任务时添加的回调函数。

再次以异步AJAX为例，假设存在如下的代码：

$.ajax('http://segmentfault.com', function(resp) {
    console.log('我是响应：', resp);
});

// 其他代码
...
...
...

主线程在发起AJAX请求后，会继续执行其他代码。AJAX线程负责请求segmentfault.com，拿到响应后，它会把响应封装成一个JavaScript对象，然后构造一条消息：

// 消息队列中的消息就长这个样子
var message = function () {
    callbackFn(response);
}
// 其中的callbackFn就是前面代码中得到成功响应时的回调函数。

主线程在执行完当前循环中的所有代码后，就会到消息队列取出这条消息(也就是message函数)，并执行它。到此为止，就完成了工作线程对主线程的通知，回调函数也就得到了执行。如果一开始主线程就没有提供回调函数，AJAX线程在收到HTTP响应后，也就没必要通知主线程，从而也没必要往消息队列放消息。

用图表示这个过程就是：

image

从上文中我们也可以得到这样一个明显的结论，就是：异步过程的回调函数，一定不在当前这一轮事件循环中执行。

异步和事件

上文中说的“事件循环”，为什么里面有个事件呢？那是因为：

消息队列中的每条消息实际上都对应着一个事件。

上文中一直没有提到一类很重要的异步过程：DOM事件。

举例来说：

var button = document.getElement('#btn');
button.addEventListener('click', function(e) {
    console.log();
});

从事件的角度来看，上述代码表示：在按钮上添加了一个鼠标单击事件的事件监听器；当用户点击按钮时，鼠标单击事件触发，事件监听器函数被调用。

从异步过程的角度看，addEventListener函数就是异步过程的发起函数，事件监听器函数就是异步过程的回调函数。事件触发时，表示异步任务完成，会将事件监听器函数封装成一条消息放到消息队列中，等待主线程执行。

事件的概念实际上并不是必须的，事件机制实际上就是异步过程的通知机制。我觉得它的存在是为了编程接口对开发者更友好。

另一方面，所有的异步过程也都可以用事件来描述。例如：setTimeout可以看成对应一个时间到了！的事件。前文的 setTimeout(fn, 1000);可以看成：

timer.addEventListener('timeout', 1000, fn);

理解 JS 代码的执行

栗子1

console.log('start');

// Timer1
setTimeout(function() {
    console.log('hello');
},200);

// Timer2
setTimeout(function() {
    console.log('world');
},100);

console.log('end');

我们分步骤来进行这个过程解答

• js执行引擎开始执行上述代码时，会先讲一个main()方法加入执行栈。首先第一个console.log(‘start’)入栈，console.log方法是一个webkit内核支持的普通方法，而不是WebAPIs涉及的方法，所以这里log(‘start’)方法立即出栈被引擎执行。

• 引擎继续往下，将setTimeout(callback,200)添加到执行栈。setTimeout()方法属于事件循环模型中WebAPIs中的方法，引擎在将setTimeout()方法出栈执行时，将延时执行的函数交给了相应模块，即图右方的timer模块来处理。

• 然后主线程继续向下执行，紧接着将第二个定时器也交给Timer模块，然后执行到第二个console.log()，控制台打印'end'，

• 执行完毕后清空执行栈。但是并没有结束，在主线程执行的同时，Timer模块会检查其中的异步代码，一旦满足触发条件，就会将它添加到任务队列中。Timer2延迟100ms，所以会早于Timer1被添加到队列排头。而主线程此时处于空闲状态，所以会检查任务队列是否有待执行的任务。此时会将Timer2回调中的console.log()执行，控制台打印’world’，然后执行栈空闲后继续检查任务队列，将Timer1的代码压入执行栈中执行，控制台打印’hello’，清空执行栈，此时任务队列为空，执行结束,程序处理完毕，main()方法也出栈。

• 在这里再次强调一下，不是setTimeout加入了事件队列，而是setTimeout里面的回调函数加入了事件队列。

栗子2

console.log(1);
// Time1
setTimeout(function() {
    console.log(2);
},300);
// Time2
setTimeout(function() {
    console.log(3)
},400);

for (var i = 0;i<10000;i++) {
    console.log(4);
}
// Time3
setTimeout(function() {
    console.log(5);
},100);

首先是打印出 1，然后是10000个4，那么Time1、Time2、Time3是顺序是如何的呢?

在这个代码中，for循环比较耗时，在Time1和Timer加入到执行队列中后，主线程依然还在执行for循环中的代码，处于阻塞状态。队列中的Time1和Time2并不会得以执行。当for循环结束，这时才将Time3交由Timer模块去管理，清空执行栈。虽然在这里Time3的延迟时间最短，但是加入任务队列后还是会排在Time1和Time2的后面，所以此时按顺序执行任务队列中的代码，依次打印2、3、5。

栗子3

console.log(1);

//Time2
setTimeout(function() {
    console.log(3)
},400);

//Time1
setTimeout(function() {
    console.log(2);
},300);

for (var i = 0;i<10000;i++) {
    console.log(4);
}
//Time3
setTimeout(function() {
    console.log(5);
},100);

我们将Time1和Time2的顺序对换一下，按照前面的说法，Time2先加入任务队列，然后是Time1，再然后是Time3。可是执行的结果还是1、4、2、3、5，这是为什么呢？虽然Time1的执行时间短，可是它比Time2晚加入任务队列啊。

为了验证这个问题，我们可以提出这样的一个假设：

如果setTimeout加入队列的阻塞时间大于两个setTimeout执行的间隔时间，那么先加入任务队列的先执行，尽管它里面设置的时间比另一个setTimeout的要大。

验证1

// Time2
setTimeout(function() {
    console.log(2);
},400);

var start=new Date();
for (var i = 0;i<5000;i++) {
    console.log('这里只是模拟一个耗时操作');
};
var end=new Date();
console.log('阻塞耗时：'+Number(end-start)+'毫秒');

// Time1
setTimeout(function() {
    console.log(3)
},300);

Time1比Time2设定的执行时间早100ms，但是Time2先加入任务队列，在Time2和Time1时间有一个阻塞的for循环。

验证2

setTimeout(function() {
    console.log(2);
},400);

var start=new Date();
for (var i = 0;i<500;i++) {
    console.log('这里只是模拟一个耗时操作');
};
var end=new Date();
console.log('阻塞耗时：'+Number(end-start)+'毫秒');

// Time1
setTimeout(function() {
    console.log(3)
},300);

此时，Time1先执行，因为阻塞的耗时小于Time1和Time2的执行间隔时间100毫秒；

验证3

我们再来验证一下，把Time2的执行时间设为350毫秒；

// Time2
setTimeout(function() {
    console.log(2);
},350);

var start=new Date();
for (var i = 0;i<500;i++) {
    console.log('这里只是模拟一个耗时操作');
};
var end=new Date();
console.log('阻塞耗时：'+Number(end-start)+'毫秒');

//Time1
setTimeout(function() {
    console.log(3)
},300);

直接结果为：

Time2先执行，因为阻塞的时间大于两个setTimeout之间的间隔时间。

通过上面的假设，我们可以得出这样一个结论：如果setTimeout加入队列的阻塞时间大于两个setTimeout执行的间隔时间，那么先加入任务队列的先执行，尽管它里面设置的时间可能比另一个setTimeout的要大。

参考文章

以setTimeout来聊聊Event