一、为什么JavaScript是单线程?
(1) JS为什么是单线程的?
JS最初被设计用在浏览器中,那么想象一下,如果浏览器中的JS是多线程的。
场景描述:那么现在有2个进程,process1process2,由于是多进程的JS,所以他们对同一个dom,同时进行操作process1 删除了该dom,而process2 编辑了该dom,同时下达2个矛盾的命令,浏览器究竟该如何执行呢?
这样想,JS为什么被设计成单线程应该就容易理解了吧。
(2) JS为什么需要异步?
场景描述:如果JS中不存在异步,只能自上而下执行,如果上一行解析时间很长,那么下面的代码就会被阻塞。对于用户而言,阻塞就意味着"卡死",这样就导致了很差的用户体验
所以,JS中存在异步执行。
(3) JS单线程又是如何实现异步的呢?
既然JS是单线程的,只能在一条线程上执行,又是如何实现的异步呢?
是通过的事件循环(event loop),理解了event loop机制,就理解了JS的执行机制
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。
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。
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
运行结果是: 1 3 2
也就是说,setTimeout里的函数并没有立即执行,而是延迟了一段时间,满足一定条件后,才去执行的,这类代码,我们叫异步代码。
所以,这里我们首先知道了JS里的一种分类方式,就是将任务分为: 同步任务和异步任务
按照这种分类方式:JS的执行机制是
首先判断JS是同步还是异步,同步就进入主进程,异步就进入event table
异步任务在event table中注册函数,当满足触发条件后,被推入event queue
同步任务进入主线程后一直执行,直到主线程空闲时,才会去event queue中查看是否有可执行的异步任务,如果有就推入主进程中
异步任务的执行顺序,不是前后顺序,而是另有规定? 事实上,按照异步和同步的划分方式,并不准确。
而准确的划分方式是:
macro-task(宏任务):包括整体代码script,setTimeout,setInterval
micro-task(微任务):Promise,process.nextTick
按照这种分类方式:JS的执行机制是
执行一个宏任务,过程中如果遇到微任务,就将其放到微任务的【事件队列】里
当前宏任务执行完成后,会查看微任务的【事件队列】,并将里面全部的微任务依次执行完
重复以上2步骤,结合event loop(1) event loop(2) ,就是更为准确的JS执行机制了。
五、定时器
特殊的定时器了,定时器主要由setTimeout()和setInterval()两个函数来完成,它们的内部运行机制完全一样,不同的只是,前者一次性执行,而后者反复执行。定时器,属于任务队列中的异步任务,所以才会出现上面的问题,
setTimeout(function(){console.log('执行了') },3000)
3秒后,setTimeout里的函数被会推入event queue,而event queue(事件队列)里的任务,只有在主线程空闲时才会执行。
所以只有满足 (1)3秒后 (2)主线程空闲,同时满足时,才会3秒后执行该函数
如果主线程执行内容很多,执行时间超过3秒,比如执行了10秒,那么这个函数只能10秒后执行
作者:木子川页心
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