javaScript異步編程

1、爲何JavaScript是單線程？

JavaScript語言的一大特色就是單線程，也就是說，同一個時間只能作一件事。那麼，爲何JavaScript不能有多個線程呢？這樣能提升效率啊。

JavaScript的單線程，與它的用途有關。做爲瀏覽器腳本語言，JavaScript的主要用途是與用戶互動，以及操做DOM。這決定了它只能是單線程，不然會帶來很複雜的同步問題。好比，假定JavaScript同時有兩個線程，一個線程在某個DOM節點上添加內容，另外一個線程刪除了這個節點，這時瀏覽器應該以哪一個線程爲準？

因此，爲了不復雜性，從一誕生，JavaScript就是單線程，這已經成了這門語言的核心特徵，未來也不會改變。

爲了利用多核CPU的計算能力，HTML5提出Web Worker標準，容許JavaScript腳本建立多個線程，可是子線程徹底受主線程控制，且不得操做DOM。因此，這個新標準並無改變JavaScript單線程的本質。

 

2、任務隊列

單線程就意味着，全部任務須要排隊，前一個任務結束，纔會執行後一個任務。若是前一個任務耗時很長，後一個任務就不得不一直等着。

若是排隊是由於計算量大，CPU忙不過來，倒也算了，可是不少時候CPU是閒着的，由於IO設備（輸入輸出設備）很慢（好比Ajax操做從網絡讀取數據），不得不等着結果出來，再往下執行。

JavaScript語言的設計者意識到，這時主線程徹底能夠無論IO設備，掛起處於等待中的任務，先運行排在後面的任務。等到IO設備返回告終果，再回過頭，把掛起的任務繼續執行下去。

因而，全部任務能夠分紅兩種，一種是同步任務（synchronous），另外一種是異步任務（asynchronous）。同步任務指的是，在主線程上排隊執行的任務，只有前一個任務執行完畢，才能執行後一個任務；異步任務指的是，不進入主線程、而進入"任務隊列"（task queue）的任務，只有"任務隊列"通知主線程，某個異步任務能夠執行了，該任務纔會進入主線程執行。

具體來講，異步執行的運行機制以下。（同步執行也是如此，由於它能夠被視爲沒有異步任務的異步執行。）

（1）全部同步任務都在主線程上執行，造成一個執行棧（execution context stack）。

（2）主線程以外，還存在一個"任務隊列"（task queue）。只要異步任務有了運行結果，就在"任務隊列"之中放置一個事件。

（3）一旦"執行棧"中的全部同步任務執行完畢，系統就會讀取"任務隊列"，看看裏面有哪些事件。那些對應的異步任務，因而結束等待狀態，進入執行棧，開始執行。

（4）主線程不斷重複上面的第三步。

這裏有必要介紹一下堆棧和隊列的區別：

• 堆（heap）：內存中某一未被阻止的區域，一般存儲對象（引用類型）；
• 棧（stack）：後進先出的順序存儲數據結構，一般存儲函數參數和基本類型值變量（按值訪問）；
• 隊列（queue）：先進先出順序存儲數據結構。

下圖就是主線程和任務隊列的示意圖。

只要主線程空了，就會去讀取"任務隊列"，這就是JavaScript的運行機制。這個過程會不斷重複。

 

3、事件和回調函數

"任務隊列"是一個事件的隊列（也能夠理解成消息的隊列），IO設備完成一項任務，就在"任務隊列"中添加一個事件，表示相關的異步任務能夠進入"執行棧"了。主線程讀取"任務隊列"，就是讀取裏面有哪些事件。

"任務隊列"中的事件，除了IO設備的事件之外，還包括一些用戶產生的事件（好比鼠標點擊、頁面滾動等等）。只要指定過回調函數，這些事件發生時就會進入"任務隊列"，等待主線程讀取。

所謂"回調函數"（callback），就是那些會被主線程掛起來的代碼。異步任務必須指定回調函數，當主線程開始執行異步任務，就是執行對應的回調函數。

"任務隊列"是一個先進先出的數據結構，排在前面的事件，優先被主線程讀取。主線程的讀取過程基本上是自動的，只要執行棧一清空，"任務隊列"上第一位的事件就自動進入主線程。可是，因爲存在後文提到的"定時器"功能，主線程首先要檢查一下執行時間，某些事件只有到了規定的時間，才能返回主線程。

 

4、Event Loop

主線程從"任務隊列"中讀取事件，這個過程是循環不斷的，因此整個的這種運行機制又稱爲Event Loop（事件循環）。

爲了更好地理解Event Loop，請看下圖：

上圖中，主線程運行的時候，產生堆（heap）和棧（stack），棧中的代碼調用各類外部API，它們在"任務隊列"中加入各類事件（click，load，done）。只要棧中的代碼執行完畢，主線程就會去讀取"任務隊列"，依次執行那些事件所對應的回調函數。

執行棧中的代碼（同步任務），老是在讀取"任務隊列"（異步任務）以前執行。請看下面這個例子。

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操做向服務器發送數據，它是一個異步任務，意味着只有當前腳本的全部代碼執行完，系統纔會去讀取"任務隊列"。因此，它與下面的寫法等價。

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

也就是說，指定回調函數的部分（onload和onerror），在send()方法的前面或後面可有可無，由於它們屬於執行棧的一部分，系統老是執行完它們，纔會去讀取"任務隊列"。

 

5、定時器

定時器看下面兩個例子的對比：

    var i, t = Date.now();
    setTimeout(fn,500);
    for (i = 0; i < 100000000; i++) {
    }
    function fn() {
        console.log(Date.now() - t)  // 輸出多少？？？
    }

 

上面這段代碼的執行順序以下：

1. 運行到setTimeout(fn, 500),會先將這個異步操做掛起，在500ms後執行。

在看下面一個例子：

    var i, t = Date.now();
    for (i = 0; i < 100000000; i++) {
    }
    function fn() {
        console.log(Date.now() - t)  // 輸出多少？？？
    }
    setTimeout(fn, 500);

 

這段代碼輸出的結果不是500ms左右，咱們來分析一下執行順序：

1. 程序先要執行一個很長的for循環，循環完以後纔會執行到setTimeout(fn, 500),因此打印的時間就是500ms+前面代碼的執行時間了。

 

本文絕大部分轉自    阮一峯：JavaScript 運行機制詳解：再談Event Loop