理解JavaScript中的Event Loop

Event Loop 是一個很重要的概念，指的是計算機系統的一種運行機制。

JavaScript語言就採用這種機制，來解決單線程運行帶來的一些問題。

本文參考C. Aaron Cois的《Understanding The Node.js Event Loop》，解釋什麼是Event Loop，以及它與JavaScript語言的單線程模型有何關係。

想要理解Event Loop，就要從程序的運行模式講起。運行之後的程序叫作"進程"（process），通常狀況下，一個進程一次只能執行一個任務。

若是有不少任務須要執行，不外乎三種解決方法。

（1）排隊。由於一個進程一次只能執行一個任務，只好等前面的任務執行完了，再執行後面的任務。

（2）新建進程。使用fork命令，爲每一個任務新建一個進程。

（3）新建線程。由於進程太耗費資源，因此現在的程序每每容許一個進程包含多個線程，由線程去完成任務。（進程和線程的詳細解釋，請看這裏。）

以JavaScript語言爲例，它是一種單線程語言，全部任務都在一個線程上完成，即採用上面的第一種方法。一旦遇到大量任務或者遇到一個耗時的任務，網頁就會出現"假死"，由於JavaScript停不下來，也就沒法響應用戶的行爲。

你也許會問，JavaScript爲何是單線程，難道不能實現爲多線程嗎？

這跟歷史有關係。JavaScript從誕生起就是單線程。緣由大概是不想讓瀏覽器變得太複雜，由於多線程須要共享資源、且有可能修改彼此的運行結果，對於一種網頁腳本語言來講，這就太複雜了。後來就約定俗成，JavaScript爲一種單線程語言。（Worker API能夠實現多線程，可是JavaScript自己始終是單線程的。）

若是某個任務很耗時，好比涉及不少I/O（輸入/輸出）操做，那麼線程的運行大概是下面的樣子。

上圖的綠色部分是程序的運行時間，紅色部分是等待時間。能夠看到，因爲I/O操做很慢，因此這個線程的大部分運行時間都在空等I/O操做的返回結果。這種運行方式稱爲"同步模式"（synchronous I/O）或"堵塞模式"（blocking I/O）。

若是採用多線程，同時運行多個任務，那極可能就是下面這樣。

上圖代表，多線程不只佔用多倍的系統資源，也閒置多倍的資源，這顯然不合理。

Event Loop就是爲了解決這個問題而提出的。Wikipedia這樣定義：

"Event Loop是一個程序結構，用於等待和發送消息和事件。（a programming construct that waits for and dispatches events or messages in a program.）"

簡單說，就是在程序中設置兩個線程：一個負責程序自己的運行，稱爲"主線程"；另外一個負責主線程與其餘進程（主要是各類I/O操做）的通訊，被稱爲"Event Loop線程"（能夠譯爲"消息線程"）。

上圖主線程的綠色部分，仍是表示運行時間，而橙色部分表示空閒時間。每當遇到I/O的時候，主線程就讓Event Loop線程去通知相應的I/O程序，而後接着日後運行，因此不存在紅色的等待時間。等到I/O程序完成操做，Event Loop線程再把結果返回主線程。主線程就調用事先設定的回調函數，完成整個任務。

能夠看到，因爲多出了橙色的空閒時間，因此主線程得以運行更多的任務，這就提升了效率。這種運行方式稱爲"異步模式"（asynchronous I/O）或"非堵塞模式"（non-blocking mode）。

這正是JavaScript語言的運行方式。單線程模型雖然對JavaScript構成了很大的限制，但也所以使它具有了其餘語言不具有的優點。若是部署得好，JavaScript程序是不會出現堵塞的，這就是爲何node.js平臺能夠用不多的資源，應付大流量訪問的緣由。