深刻淺出JavaScript運行機制

1、引子

本文介紹JavaScript運行機制，這一部分比較抽象，咱們先從一道面試題入手：

console.log(1);
setTimeout(function(){
console.log(3);
},0);
console.log(2);
請問數字打印順序是什麼？

這一題看似很簡單，但若是你不瞭解JavaScript運行機制，很容易就答錯了。題目的答案是依次輸出1 2 3，若是你有疑惑，下文有詳細解釋。

2、理解JS的單線程的概念

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。

3、理解任務隊列(消息隊列)

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。JavaScript語言的設計者意識到這個問題，將全部任務分紅兩種，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。異步任務包括宏任務和微任務(後面會重點介紹)，接下來咱們經過兩個例子說明同步任務和異步任務的區別：

console.log("A");
while(true){ }
console.log("B");
請問最後的輸出結果是什麼？

若是你的回答是A,恭喜你答對了，由於這是同步任務，程序由上到下執行，遇到while()死循環，下面語句就沒辦法執行。

console.log("A");
setTimeout(function(){
console.log("B");
},0);
while(true){}
請問最後的輸出結果是什麼？

若是你的答案是A，恭喜你如今對js運行機制已經有個粗淺的認識了！題目中的setTimeout()就是個異步任務。在全部同步任務執行完以前，任何的異步任務是不會執行的，關於這點下文還會詳細說明。

4、理解Event Loop

異步執行的運行機制以下：

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。

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）。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。這個過程會循環反覆。如下這張圖能夠很好說明這點。

5、哪些語句會放入異步任務隊列及放入時機

通常來講，有如下四種會放入異步任務隊列：

1. setTimeout和setlnterval
2. DOM事件
3. ES6中的Promise
4. Ajax異步請求

javascript 代碼運行分兩個階段：

一、預解析---把全部的函數定義提早，全部的變量聲明提早，變量的賦值不提早

二、執行---從上到下執行（按照js運行機制）

至於放入異步任務隊列的時機，咱們經過 setTimeout的例子和Ajax例子來詳細說明：

例題1
for (var i = 0; i < 5; i++) {
setTimeout(function() {  
 console.log(i);  
  }, 1000);
}
請問最後的輸出結果是什麼？

for循環一次碰到一個 setTimeout()，並非立刻把setTimeout()拿到異步隊列中，而要等到一秒後，纔將其放到任務隊列裏面，一旦"執行棧"中的全部同步任務執行完畢（即for循環結束，此時i已經爲5），系統就會讀取已經存放"任務隊列"的setTimeout()（有五個），因而答案是輸出5個5。

上面也提到，在到達指定時間時，定時器就會將相應回調函數插入「任務隊列」尾部。這就是「定時器（timer）」功能。

關於定時器的重要補充：

定時器包括setTimeout與 setInterval 兩個方法。它們的第二個參數是指定其回調函數推遲/每隔多少毫秒數後執行。

對於第二個參數有如下須要注意的地方：

當第二個參數缺省時，默認爲 0；

當指定的值小於 4 毫秒，則增長到 4ms(4ms 是 HTML5 標準指定的，對於 2010 年及以前的瀏覽器則是 10ms);也就是說至少須要4毫秒，該setTimeout()拿到任務隊列中。

例題2
$.ajax({
url：「xxxxx",
success:function (result){
console.log("a")
   }
})
setTimeout(function (){
console.log("b")
},100)
setTimeout(function (){
console.log("c")
})
console.log("d");

ajax加載完成時纔會放入異步隊列，至於這段時間不肯定，全部有兩種狀況：①大於100ms,最後的結果是 d c b a ;②小於100ms,最後的結果即是d c a b。

6、微任務(Microtask)與宏任務(Macrotask)

咱們上面提到異步任務分爲宏任務和微任務，宏任務隊列能夠有多個，微任務隊列只有一個。

• 宏任務包括：script(全局任務), setTimeout, setInterval, setImmediate, I/O, UI rendering。
• 微任務包括: new Promise().then(回調), process.nextTick, Object.observe(已廢棄), MutationObserver(html5新特性)

當執行棧中的全部同步任務執行完畢時，是先執行宏任務仍是微任務呢？

• 因爲執行代碼入口都是全局任務 script，而全局任務屬於宏任務，因此當棧爲空，同步任務任務執行完畢時，會先執行微任務隊列裏的任務。
• 微任務隊列裏的任務所有執行完畢後，會讀取宏任務隊列中拍最前的任務。
• 執行宏任務的過程當中，遇到微任務，依次加入微任務隊列。
• 棧空後，再次讀取微任務隊列裏的任務，依次類推。

一句話歸納上面的流程圖：當某個宏任務隊列的中的任務所有執行完之後,會查看是否有微任務隊列。若是有，先執行微任務隊列中的全部任務，若是沒有，就查看是否有其餘宏任務隊列。

接下來咱們看兩道例子來介紹上面流程：

Promise.resolve().then(()=>{
  console.log('Promise1')  
  setTimeout(()=>{
    console.log('setTimeout2')
  },0)
})
setTimeout(()=>{
  console.log('setTimeout1')
  Promise.resolve().then(()=>{
    console.log('Promise2')    
  })
},0)

最後輸出結果是Promise1，setTimeout1，Promise2，setTimeout2

• 一開始執行棧的同步任務執行完畢，會去查看是否有微任務隊列，上題中存在(有且只有一個)，而後執行微任務隊列中的全部任務輸出Promise1，同時會生成一個宏任務 setTimeout2
• 而後去查看宏任務隊列，宏任務 setTimeout1 在 setTimeout2 以前，先執行宏任務 setTimeout1，輸出 setTimeout1
• 在執行宏任務setTimeout1時會生成微任務Promise2 ，放入微任務隊列中，接着先去清空微任務隊列中的全部任務，輸出 Promise2
• 清空完微任務隊列中的全部任務後，就又會去宏任務隊列取一個，這回執行的是 setTimeout2

console.log('----------------- start -----------------');
setTimeout(() => {
  console.log('setTimeout');
}, 0)
new Promise((resolve, reject) =>{
  for (var i = 0; i < 5; i++) {
    console.log(i);
  }
  resolve();  // 修改promise實例對象的狀態爲成功的狀態
}).then(() => {
  console.log('promise實例成功回調執行');
})
console.log('----------------- end -----------------');

7、題外話

若是要輸出0~4，上面例題應該如何修改？

1. 將var變爲let

for (let i = 0; i < 5; i++) {
setTimeout(function() {  
  console.log(i);
  }, 1000);
}

2.加個當即執行函數

for (var i = 0; i < 5; i++) {
(function(i){
setTimeout(function() {  
  console.log(i);
  }, 1000);
})(i)
}

3.也能夠經過這樣加閉包

for(var i = 1;i < 5;i++){  
  var a = function(){  
      var j = i;    
    setTimeout(function(){  
          console.log(j);  
      },1000)  
  }    
a();
}

文章於2018.11.15從新修改，若是以爲文章對你有些許幫助，歡迎在個人GitHub博客點贊和關注，感激涕零！

8、參考資料

JavaScript 運行機制詳解：再談Event Loop

關於JavaScript單線程的一些事

JS事件循環機制（event loop）之宏任務/微任務

前端基礎進階（十二）：深刻核心，詳解事件循環機制

事件循環機制的那些事