JavaScript單線程機制

JavaScript的一個語言特性（也是這門語言的核心）就是單線程。什么是單線程呢？簡單地說就是同一時間只能做一件事，當(dāng)有多個任務(wù)時，只能按照一個順序一個完成了再執(zhí)行下一個

為什么JS是單線程的呢？

• JS最初被設(shè)計用在瀏覽器中，作為瀏覽器腳本語言，JavaScript的主要用途是與用戶互動，以及操作DOM
• 如果瀏覽器中的JS是多線程的，會帶來很復(fù)雜的同步問題
• • 比如，假定JavaScript同時有兩個線程，一個線程在某個DOM節(jié)點上添加內(nèi)容，另一個線程刪除了這個節(jié)點，這時瀏覽器應(yīng)該以哪個線程為準(zhǔn)？
• 所以為了避免復(fù)雜性，JavaScript從誕生起就是單線程

為了提高CPU的利用率，HTML5提出Web Worker標(biāo)準(zhǔn)，允許JavaScript腳本創(chuàng)建多個線程，但是子線程完全受主線程控制，且不得操作DOM。所以這個標(biāo)準(zhǔn)并沒有改變JavaScript單線程的本質(zhì)

任務(wù)隊列

同步和異步

同步和異步關(guān)注的是消息通知機制

• 同步：發(fā)出調(diào)用后，沒有得到結(jié)果之前，該調(diào)用不返回，一旦調(diào)用返回，就得到返回值了。 簡而言之就是調(diào)用者主動等待這個調(diào)用的結(jié)果

• 異步：調(diào)用者在發(fā)出調(diào)用后這個調(diào)用就直接返回了，所以沒有返回結(jié)果。換句話說當(dāng)一個異步過程調(diào)用發(fā)出后，調(diào)用者不會立刻得到結(jié)果，而是調(diào)用發(fā)出后，被調(diào)用者通過狀態(tài)、通知或回調(diào)函數(shù)處理這個調(diào)用。

阻塞和非阻塞

阻塞和非阻塞關(guān)注的是程序在等待調(diào)用結(jié)果（消息，返回值）時的狀態(tài)

• 阻塞調(diào)用是指調(diào)用結(jié)果返回之前，當(dāng)前線程會被掛起。調(diào)用線程只有在得到結(jié)果之后才會返回
• 非阻塞調(diào)用指在不能立刻得到結(jié)果之前，該調(diào)用不會阻塞當(dāng)前線程

單線程意味著同一時間只能進(jìn)行一件事情,前面的事情結(jié)束才能執(zhí)行后面的事件.當(dāng)碰到需要時間的IO事件的時候問題就來了,必須等到這些結(jié)束后才往下進(jìn)行,但這時CPU是閑著的.這樣浪費了很多計算機的性能.

JavaScript語言的設(shè)計者意識到，這時主線程完全可以不管IO設(shè)備，掛起處于等待中的任務(wù)，先運行排在后面的任務(wù)。等到IO設(shè)備返回了結(jié)果，再回過頭，把掛起的任務(wù)繼續(xù)執(zhí)行下去.

于是，所有任務(wù)可以分成兩種，一種是同步任務(wù)（synchronous），另一種是異步任務(wù)（asynchronous）。同步任務(wù)指的是，在主線程上排隊執(zhí)行的任務(wù)，只有前一個任務(wù)執(zhí)行完畢，才能執(zhí)行后一個任務(wù)；異步任務(wù)指的是，不進(jìn)入主線程、而進(jìn)入"任務(wù)隊列"（task queue）的任務(wù)，只有"任務(wù)隊列"通知主線程，某個異步任務(wù)可以執(zhí)行了，該任務(wù)才會進(jìn)入主線程執(zhí)行。
（1）所有同步任務(wù)都在主線程上執(zhí)行，形成一個執(zhí)行棧（execution context stack）
（2）主線程之外，還存在一個"任務(wù)隊列"（task queue）。只要異步任務(wù)有了運行結(jié)果，就在"任務(wù)隊列"之中放置一個事件
（3）一旦"執(zhí)行棧"中的所有同步任務(wù)執(zhí)行完畢，系統(tǒng)就會讀取"任務(wù)隊列"，看看里面有哪些事件。那些對應(yīng)的異步任務(wù)，于是結(jié)束等待狀態(tài)，進(jìn)入執(zhí)行棧，開始執(zhí)行
（4）主線程不斷重復(fù)上面的第三步

Event Loop

主線程從任務(wù)隊列中讀取事件，這個過程是循環(huán)不斷的，所以整個的這種運行機制又稱為Event Loop(事件循環(huán))

eventloop.png

上圖中，主線程運行的時候，產(chǎn)生堆（heap）和棧（stack），堆中可存放對象， 棧中可存放變量，函數(shù)，函數(shù)指針，代碼語句等

棧中的代碼調(diào)用各種外部API，它們在"任務(wù)隊列"中加入各種事件（click，load，done）
WebAPIs都是單獨線程，跟組件中的不一樣，不會阻塞主線程執(zhí)行，比如獲取后臺數(shù)據(jù)，若同步就阻塞了，比如HTTP請求又開辟了一個線程

當(dāng)執(zhí)行棧中的任務(wù)完成后，主線程會去讀取事件隊列（先進(jìn)先出），執(zhí)行相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)

舉個例子，查看以下代碼

function read(){
    console.log(1);
    setTimeout(function (){
    console.log(2);
    setTimeout(function (){
    console.log(4)
    });
    });
    setTimeout(function (){
    console.log(5)
    })
    console.log(3);
}
read();

代碼執(zhí)行結(jié)果：1 3 2 5 4

先執(zhí)行同步代碼打印1，3，setTimeout異步代碼放到事件隊列中，先放的先執(zhí)行，后放的后執(zhí)行

定時器

"任務(wù)隊列"可以放置定時事件，即指定某些代碼在多少時間之后執(zhí)行

定時器功能主要由setTimeout()和setInterval()這兩個函數(shù)來完成，它們的內(nèi)部運行機制完全一樣，區(qū)別在于前者指定的代碼是一次性執(zhí)行，后者則為反復(fù)執(zhí)行，主要以setTimeout舉例說明

setTimeout()接受兩個參數(shù)，第一個是回調(diào)函數(shù)，第二個是推遲執(zhí)行的毫秒數(shù)

setTimeout(function () {
    console.log(3)
}, 2000);
setTimeout(function () {
    console.log(1);
    setTimeout(function () {
        console.log(2);
    }, 1000);
}, 1000);

執(zhí)行結(jié)果是：1 3 2

setTimeout()將事件放到等待任務(wù)隊里中，當(dāng)主任務(wù)隊列的任務(wù)執(zhí)行完后，再執(zhí)行等待任務(wù)隊列，等待任務(wù)隊里中先返回的先執(zhí)行

setTimeout()有時候明明寫的延時3秒，實際卻5，6秒才執(zhí)行函數(shù)，這是怎么回事呢？

• setTimeout()只是將事件插入了“任務(wù)隊列”，必須等到當(dāng)前代碼（執(zhí)行棧）執(zhí)行完，主線程才會去執(zhí)行它指定的回調(diào)函數(shù)。要是當(dāng)前代碼耗時很長，有可能要等很久，所以并沒有辦法保證回調(diào)函數(shù)一定會在setTimeout()指定的時間執(zhí)行

Promise與process.nextTick(callback)

除了廣義的同步任務(wù)和異步任務(wù)，我們對任務(wù)有更精細(xì)的定義：

• macro-task(宏任務(wù))：包括整體代碼script，setTimeout，setInterval
• micro-task(微任務(wù))：Promise，process.nextTick

- process.nextTick：在事件循環(huán)的下一次循環(huán)中調(diào)用 callback 回調(diào)函數(shù)。效果是將一個函數(shù)推遲到代碼書寫的下一個同步方法執(zhí)行完畢時或異步方法的事件回調(diào)函數(shù)開始執(zhí)行時；與setTimeout(fn, 0) 函數(shù)的功能類似，但它的效率高多了

不同類型的任務(wù)會進(jìn)入對應(yīng)的Event Queue，比如 setTimeout 和 setInterval 會進(jìn)入相同的Event Queue

事件循環(huán)的順序，決定js代碼的執(zhí)行順序。進(jìn)入整體代碼(宏任務(wù))后，開始第一次循環(huán)。接著執(zhí)行所有的微任務(wù)。然后再次從宏任務(wù)開始，找到其中一個任務(wù)隊列執(zhí)行完畢，再執(zhí)行所有的微任務(wù)。

事件循環(huán)，宏任務(wù)，微任務(wù)的關(guān)系如下所示：

• 宏任務(wù)=>執(zhí)行結(jié)束=>有可執(zhí)行的微任務(wù)=>執(zhí)行所有微任務(wù)=>開始新的宏任務(wù)
• 宏任務(wù)=>執(zhí)行結(jié)束=>沒有可執(zhí)行的微任務(wù)=>開始新的宏任務(wù)

我們用一段代碼說明：

setTimeout(function () {
    console.log('setTimeout');
});
new Promise(function (resolve) {
    console.log('promise');
}).then(function () {
    console.log('then');
});
console.log('console');

• 這段代碼作為宏任務(wù)，進(jìn)入主線程
• 先遇到 setTimeout ，那么將其回調(diào)函數(shù)注冊后分發(fā)到宏任務(wù)Event Queue
• 接下來遇到了 Promise ， new Promise 立即執(zhí)行， then 函數(shù)分發(fā)到微任務(wù)Event Queue
• 遇到 console.log() ，立即執(zhí)行
  -整體代碼script作為第一個宏任務(wù)執(zhí)行結(jié)束，看看有哪些微任務(wù)？我們發(fā)現(xiàn)了 then 在微任務(wù)Event Queue里面執(zhí)行
• 第一輪事件循環(huán)結(jié)束了，我們開始第二輪循環(huán)，當(dāng)然要從宏任務(wù)Event Queue開始。我們發(fā)現(xiàn)了宏任務(wù)Event Queue中 setTimeout 對應(yīng)的回調(diào)函數(shù)，立即執(zhí)行
• 結(jié)束

我們再看下一段代碼說明：

process.nextTick(function A() {
  console.log(1);
  process.nextTick(function B(){console.log(2);});
});

setTimeout(function timeout() {
  console.log('TIMEOUT FIRED');
}, 0)

以上代碼執(zhí)行結(jié)果：1 2 TIMEOUT FIRED

上面代碼中，由于process.nextTick方法指定的回調(diào)函數(shù)，總是在當(dāng)前"執(zhí)行棧"的尾部觸發(fā)，所以不僅函數(shù)A比setTimeout指定的回調(diào)函數(shù)timeout先執(zhí)行，而且函數(shù)B也比timeout先執(zhí)行。這說明，如果有多個process.nextTick語句（不管它們是否嵌套），將全部在當(dāng)前"執(zhí)行棧"執(zhí)行

我們再看下一段代碼說明：

function a() {
    setTimeout(function () {
        console.log('a2');
    }, 0);
    process.nextTick(function () {
        console.log('a1')
    });
}
function b() {
    process.nextTick(function () {
        console.log('b1');
    })
}
a();
b();

一個函數(shù)執(zhí)行會形成一個執(zhí)行棧，任務(wù)隊列里的回調(diào)函數(shù)每次只取一個，它執(zhí)行的時候會形成一個執(zhí)行棧，當(dāng)你第一次運行這個腳本的時候，這個腳本的里所有的同步代碼都會在一個執(zhí)行棧里

• a的執(zhí)行和b的執(zhí)行在一個執(zhí)行棧里，它們共同在第一個宏任務(wù)中
• a執(zhí)行時候，會把a2放入宏任務(wù)隊列，把a1放入微任務(wù)隊列。
• b執(zhí)行的時候，把b1放入微任務(wù)隊列
• -------------------第一個宏任務(wù)執(zhí)行完畢-------------------------
• 宏任務(wù)執(zhí)行完畢后會把微任務(wù)隊列清空，也就是把a1 和b1都執(zhí)行,輸出a1和b1
• -------------------第一個微任務(wù)隊列清空--------------------------
• 然后從宏任務(wù)隊列中取出下一個宏任務(wù)，也就是a2執(zhí)行.輸出a2

為什么一個宏任務(wù)要搭配處理一個微任務(wù)
因為這樣最合理，微任務(wù)就是在有空時需要立即執(zhí)行的任務(wù)，宏任務(wù)相比微任務(wù)可以滯后執(zhí)行。他們雖然都屬于異步任務(wù)，但是通過這種優(yōu)先級的設(shè)置達(dá)到了控制異步回調(diào)執(zhí)行順序的目的。值得注意的是：同步代碼執(zhí)行完會先清空微任務(wù)，然后取出宏任務(wù)隊列里的第一個事件對應(yīng)的回調(diào)到執(zhí)行棧執(zhí)行，然后再清空一次微任務(wù)，如此循環(huán)...

通過以上三段代碼，您是否對JS的執(zhí)行順序有所了解呢

我們來分析一段較復(fù)雜的代碼，看看你是否真的掌握了js的執(zhí)行機制

console.log('main1');
setTimeout(function () {
    console.log('setTimeout');
    process.nextTick(function () {
        console.log('process.nextTick2');
    });
}, 0);
new Promise(function (resolve, reject) {
    console.log('promise');
    resolve();
}).then(function () {
    console.log('promise then');
});
process.nextTick(function () {
    console.log('process.nextTick1');
});
console.log('main2');

以上代碼的執(zhí)行結(jié)果是：main1=>promise=>main2=>process.nextTick1=>promise then=>setTimeout=>process.nextTick2

• 系統(tǒng)啟動執(zhí)行腳本，這個腳本就是一個宏任務(wù)，執(zhí)行代碼塊中所有的同步代碼，輸出main1
• next1放入微任務(wù)，setTimeout+nextTick2(下一輪)放入宏任務(wù)隊列
• promise構(gòu)造函數(shù)部分是同步的，立刻執(zhí)行輸出promise，promise then放入微任務(wù)
• 下面同步代碼輸出main2
• 接下來執(zhí)行微任務(wù)輸出nextTick1，promise then
• 接下來執(zhí)行宏任務(wù)輸出setTimeout，將nexttick2放入微任務(wù)隊列
• 接下來執(zhí)行微任務(wù)nexttick2
• nextTick是由node自己定義并實現(xiàn)的概念，它的回調(diào)調(diào)用入口在event loop過程中MakeCallback函數(shù)的末尾，驅(qū)動調(diào)用清空js層的queue，最后再執(zhí)行microtasks，適當(dāng)處理下可能觸發(fā)的promise，明顯 process.nextTick1> promise.then