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一、為什么JavaScript是單線程？

JavaScript語言的一大特點(diǎn)就是單線程，也就是說，同一個(gè)時(shí)間只能做一件事。那么，為什么JavaScript不能有多個(gè)線程呢？這樣能提高效率啊。

JavaScript的單線程，與它的用途有關(guān)。作為瀏覽器腳本語言，JavaScript的主要用途是與用戶互動(dòng)，以及操作DOM。這決定了它只能是單線程，否則會(huì)帶來很復(fù)雜的同步問題。比如，假定JavaScript同時(shí)有兩個(gè)線程，一個(gè)線程在某個(gè)DOM節(jié)點(diǎn)上添加內(nèi)容，另一個(gè)線程刪除了這個(gè)節(jié)點(diǎn)，這時(shí)瀏覽器應(yīng)該以哪個(gè)線程為準(zhǔn)？

為了利用多核CPU的計(jì)算能力，HTML5提出Web Worker標(biāo)準(zhǔn)，允許JavaScript腳本創(chuàng)建多個(gè)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(gè)新標(biāo)準(zhǔn)并沒有改變JavaScript單線程的本質(zhì)。
二、任務(wù)隊(duì)列

單線程就意味著，所有任務(wù)需要排隊(duì)，前一個(gè)任務(wù)結(jié)束，才會(huì)執(zhí)行后一個(gè)任務(wù)。如果前一個(gè)任務(wù)耗時(shí)很長，后一個(gè)任務(wù)就不得不一直等著。

如果排隊(duì)是因?yàn)橛?jì)算量大，CPU忙不過來，倒也算了，但是很多時(shí)候CPU是閑著的，因?yàn)镮O設(shè)備（輸入輸出設(shè)備）很慢（比如Ajax操作從網(wǎng)絡(luò)讀取數(shù)據(jù)），不得不等著結(jié)果出來，再往下執(zhí)行。

JavaScript語言的設(shè)計(jì)者意識(shí)到，這時(shí)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(yùn)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(duì)執(zhí)行的任務(wù)，只有前一個(gè)任務(wù)執(zhí)行完畢，才能執(zhí)行后一個(gè)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(duì)列”（task queue）的任務(wù)，只有”任務(wù)隊(duì)列”通知主線程，某個(gè)異步任務(wù)可以執(zhí)行了，該任務(wù)才會(huì)進(jìn)入主線程執(zhí)行。

具體來說，異步執(zhí)行的運(yùn)行機(jī)制如下。（同步執(zhí)行也是如此，因?yàn)樗梢员灰暈闆]有異步任務(wù)的異步執(zhí)行。）

（1）所有同步任務(wù)都在主線程上執(zhí)行，形成一個(gè)執(zhí)行棧（execution context stack）。
（2）主線程之外，還存在一個(gè)"任務(wù)隊(duì)列"（task queue）。只要異步任務(wù)有了運(yùn)行結(jié)果，就在"任務(wù)隊(duì)列"之中放置一個(gè)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(huì)讀取"任務(wù)隊(duì)列"，看看里面有哪些事件。那些對(duì)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。

下圖就是主線程和任務(wù)隊(duì)列的示意圖：

image.png

只要主線程空了，就會(huì)去讀取”任務(wù)隊(duì)列”，這就是JavaScript的運(yùn)行機(jī)制。這個(gè)過程會(huì)不斷重復(fù)。

三、事件和回調(diào)函數(shù)

“任務(wù)隊(duì)列”是一個(gè)事件的隊(duì)列（也可以理解成消息的隊(duì)列），IO設(shè)備完成一項(xiàng)任務(wù)，就在”任務(wù)隊(duì)列”中添加一個(gè)事件，表示相關(guān)的異步任務(wù)可以進(jìn)入”執(zhí)行?！绷恕Ｖ骶€程讀取”任務(wù)隊(duì)列”，就是讀取里面有哪些事件。

“任務(wù)隊(duì)列”中的事件，除了IO設(shè)備的事件以外，還包括一些用戶產(chǎn)生的事件（比如鼠標(biāo)點(diǎn)擊、頁面滾動(dòng)等等）。只要指定過回調(diào)函數(shù)，這些事件發(fā)生時(shí)就會(huì)進(jìn)入”任務(wù)隊(duì)列”，等待主線程讀取。

所謂”回調(diào)函數(shù)”（callback），就是那些會(huì)被主線程掛起來的代碼。異步任務(wù)必須指定回調(diào)函數(shù)，當(dāng)主線程開始執(zhí)行異步任務(wù)，就是執(zhí)行對(duì)應(yīng)的回調(diào)函數(shù)。

“任務(wù)隊(duì)列”是一個(gè)先進(jìn)先出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，排在前面的事件，優(yōu)先被主線程讀取。主線程的讀取過程基本上是自動(dòng)的，只要執(zhí)行棧一清空，”任務(wù)隊(duì)列”上第一位的事件就自動(dòng)進(jìn)入主線程。但是，由于存在后文提到的”定時(shí)器”功能，主線程首先要檢查一下執(zhí)行時(shí)間，某些事件只有到了規(guī)定的時(shí)間，才能返回主線程。
四、Event Loop

主線程從”任務(wù)隊(duì)列”中讀取事件，這個(gè)過程是循環(huán)不斷的，所以整個(gè)的這種運(yùn)行機(jī)制又稱為Event Loop（事件循環(huán)）。
為了更好地理解Event Loop，請(qǐng)看下圖。

image.png

上圖中，主線程運(yùn)行的時(shí)候，產(chǎn)生堆（heap）和棧（stack），棧中的代碼調(diào)用各種外部API，它們?cè)凇比蝿?wù)隊(duì)列”中加入各種事件（click，load，done）。只要棧中的代碼執(zhí)行完畢，主線程就會(huì)去讀取”任務(wù)隊(duì)列”，依次執(zhí)行那些事件所對(duì)應(yīng)的回調(diào)函數(shù)。

執(zhí)行棧中的代碼（同步任務(wù)），總是在讀取”任務(wù)隊(duì)列”（異步任務(wù)）之前執(zhí)行。請(qǐng)看下面這個(gè)例子。

    var req = new XMLHttpRequest();
    req.open('GET', url);    
    req.onload = function (){};    
    req.onerror = function (){};    
    req.send();

上面代碼中的req.send方法是Ajax操作向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)，它是一個(gè)異步任務(wù)，意味著只有當(dāng)前腳本的所有代碼執(zhí)行完，系統(tǒng)才會(huì)去讀取”任務(wù)隊(duì)列”。所以，它與下面的寫法等價(jià)。

    var req = new XMLHttpRequest();
    req.open('GET', url);
    req.send();
    req.onload = function (){};    
    req.onerror = function (){};   

也就是說，指定回調(diào)函數(shù)的部分（onload和onerror），在send()方法的前面或后面無關(guān)緊要，因?yàn)樗鼈儗儆趫?zhí)行棧的一部分，系統(tǒng)總是執(zhí)行完它們，才會(huì)去讀取”任務(wù)隊(duì)列”。