Skip to content

Latest commit

 

History

History
357 lines (260 loc) · 14.7 KB

JavaScript 执行机制.md

File metadata and controls

357 lines (260 loc) · 14.7 KB

彻底弄懂 JavaScript 执行机制

掘金

不论你是 javascript 新手还是老鸟,不论是面试求职,还是日常开发工作,我们经常会遇到这样的情况:给定的几行代码,我们需要知道其输出内容和顺序。因为 javascript 是一门单线程语言,所以我们可以得出结论:

  • javascript 是按照语句出现的顺序执行的

看到这里读者要打人了:我难道不知道 js 是一行一行执行的?还用你说?稍安勿躁,正因为 js 是一行一行执行的,所以我们以为 js 都是这样的:

let a = '1';
console.log(a);

let b = '2';
console.log(b);

image

然而实际上 js 是这样的:

setTimeout(function(){
    console.log('定时器开始啦')
});

new Promise(function(resolve){
    console.log('马上执行for循环啦');
    for(var i = 0; i < 10000; i++){
        i == 99 && resolve();
    }
}).then(function(){
    console.log('执行then函数啦')
});

console.log('代码执行结束');

image

依照==js 是按照语句出现的顺序执行==这个理念,我自信的写下输出结果:

//"定时器开始啦"
//"马上执行for循环啦"
//"执行then函数啦"
//"代码执行结束"

去 chrome 上验证下,

马上执行for循环啦
代码执行结束
执行then函数啦
定时器开始啦

结果完全不对,瞬间懵了,说好的一行一行执行的呢?

image

1. 关于 javascript

javascript 是一门单线程语言,在最新的 HTML5 中提出了 Web-Worker,但 javascript 是单线程这一核心仍未改变。所以一切 javascript 版的"多线程"都是用单线程模拟出来的,一切 javascript 多线程都是纸老虎!

2.javascript 事件循环

既然 js 是单线程,那就像只有一个窗口的银行,客户需要排队一个一个办理业务,同理 js 任务也要一个一个顺序执行。如果一个任务耗时过长,那么后一个任务也必须等着。那么问题来了,假如我们想浏览新闻,但是新闻包含的超清图片加载很慢,难道我们的网页要一直卡着直到图片完全显示出来?因此聪明的程序员将任务分为两类:

  • 同步任务
  • 异步任务

当我们打开网站时,网页的渲染过程就是一大堆同步任务,比如页面骨架和页面元素的渲染。而像加载图片音乐之类占用资源大耗时久的任务,就是异步任务。关于这部分有严格的文字定义,但本文的目的是用最小的学习成本彻底弄懂执行机制,所以我们用导图来说明: image 导图要表达的内容用文字来表述的话:

  • 同步和异步任务分别进入不同的执行"场所",同步的进入主线程,异步的进入 Event Table 并注册函数。
  • 当指定的事情完成时,Event Table 会将这个函数移入 Event Queue。
  • 主线程内的任务执行完毕为空,会去 Event Queue 读取对应的函数,进入主线程执行。
  • 上述过程会不断重复,也就是常说的 Event Loop(事件循环)。

我们不禁要问了,那怎么知道主线程执行栈为空啊?js 引擎存在 monitoring process 进程,会持续不断的检查主线程执行栈是否为空,一旦为空,就会去 Event Queue 那里检查是否有等待被调用的函数。

说了这么多文字,不如直接一段代码更直白:

let data = [];
$.ajax({
    url:www.javascript.com,
    data:data,
    success:() => {
        console.log('发送成功!');
    }
})
console.log('代码执行结束');

上面是一段简易的 ajax 请求代码:

  • ajax 进入 Event Table,注册回调函数==success==。
  • 执行==console.log('代码执行结束')==。
  • ajax 事件完成,回调函数==success==进入 Event Queue。
  • 主线程从 Event Queue 读取回调函数==success==并执行。

相信通过上面的文字和代码,你已经对 js 的执行顺序有了初步了解。接下来我们来研究进阶话题:setTimeout。

3.又爱又恨的 setTimeout

大名鼎鼎的==setTimeout==无需再多言,大家对他的第一印象就是异步可以延时执行,我们经常这么实现延时 3 秒执行:

setTimeout(() => {
    task();
},3000)
console.log('执行console');

渐渐的==setTimeout==用的地方多了,问题也出现了,有时候明明写的延时 3 秒,实际却 5,6 秒才执行函数,这又咋回事啊?

先看一个例子:

setTimeout(() => {
    task();
},3000)
console.log('执行console');

根据前面我们的结论,==setTimeout==是异步的,应该先执行==console.log==这个同步任务,所以我们的结论是:

//执行console
//task()

去验证一下,结果正确! 然后我们修改一下前面的代码:

setTimeout(() => {
    task()
},3000)

sleep(10000000)

乍一看其实差不多嘛,但我们把这段代码在 chrome 执行一下,却发现控制台执行==task()需要的时间==远远超过 3 秒,说好的延时三秒,为啥现在需要这么长时间啊?

这时候我们需要重新理解==setTimeout==的定义。我们先说上述代码是怎么执行的:

  • task()进入 Event Table 并注册,计时开始。
  • 执行==sleep==函数,很慢,非常慢,计时仍在继续。
  • 3 秒到了,计时事件==timeout==完成,task()进入 Event Queue,但是==sleep==也太慢了吧,还没执行完,只好等着。
  • ==sleep==终于执行完了,task()终于从 Event Queue 进入了主线程执行。

上述的流程走完,我们知道==setTimeout==这个函数,是经过指定时间后,把要执行的任务(本例中为 task())加入到 Event Queue 中,又因为是单线程任务要一个一个执行,如果前面的任务需要的时间太久,那么只能等着,导致真正的延迟时间远远大于 3 秒。

我们还经常遇到==setTimeout(fn,0)这样的代码==,0 秒后执行又是什么意思呢?是不是可以立即执行呢?

答案是不会的,setTimeout(fn,0)的含义是,指定某个任务在主线程最早可得的空闲时间执行,意思就是不用再等多少秒了,只要主线程执行栈内的同步任务全部执行完成,栈为空就马上执行。举例说明:

//代码1
console.log('先执行这里');
setTimeout(() => {
    console.log('执行啦')
},0);
//代码2
console.log('先执行这里');
setTimeout(() => {
    console.log('执行啦')
},3000);

代码 1 的输出结果是:

//先执行这里
//执行啦

代码 2 的输出结果是:

//先执行这里
// ... 3s later
// 执行啦

关于==setTimeout==要补充的是,即便主线程为空,0 毫秒实际上也是达不到的。根据 HTML 的标准,最低是 4 毫秒。

4.又恨又爱的 setInterval

上面说完了==setTimeout==,当然不能错过它的孪生兄弟==setInterval==。他俩差不多,只不过后者是循环的执行。对于执行顺序来说,==setInterval==会每隔指定的时间将注册的函数置入 Event Queue,如果前面的任务耗时太久,那么同样需要等待。

唯一需要注意的一点是,对于==setInterval(fn,ms)来说==,我们已经知道不是每过==ms==秒会执行一次 fn,而是每过==ms==秒,会有==fn==进入 Event Queue。一旦==setInterval==的回调函数==fn==执行时间超过了延迟时间==ms==,那么就完全看不出来有时间间隔了。这句话请读者仔细品味。

5.Promise 与 process.nextTick(callback)

传统的定时器我们已经研究过了,接着我们探究==Promise==与==process.nextTick(callback)的表现。==

==Promise==的定义和功能本文不再赘述,不了解的读者可以学习一下阮一峰老师的 Promise。而 process.nextTick(callback)类似 node.js 版的"setTimeout",在事件循环的下一次循环中调用 callback 回调函数。

我们进入正题,除了广义的同步任务和异步任务,我们对任务有更精细的定义:

  • macro-task(宏任务):包括整体代码 script,setTimeout,setInterval
  • micro-task(微任务):Promise,process.nextTick

不同类型的任务会进入对应的 Event Queue,比如==setTimeout==和==setInterval==会进入相同的 Event Queue。

事件循环的顺序,决定 js 代码的执行顺序。进入整体代码(宏任务)后,开始第一次循环。接着执行所有的微任务。然后再次从宏任务开始,找到其中一个任务队列执行完毕,再执行所有的微任务。听起来有点绕,我们用文章最开始的一段代码说明:

setTimeout(function() {
    console.log('setTimeout');
})

new Promise(function(resolve) {
    console.log('promise');
}).then(function() {
    console.log('then');
})

console.log('console');
  • 这段代码作为宏任务,进入主线程。
  • 先遇到==setTimeout==,那么将其回调函数注册后分发到宏任务 Event Queue。(注册过程与上同,下文不再描述)
  • 接下来遇到了==Promise,new Promise==立即执行,==then==函数分发到微任务 Event Queue。
  • 遇到==console.log()==,立即执行。
  • 好啦,整体代码 script 作为第一个宏任务执行结束,看看有哪些微任务?我们发现了 then 在微任务 Event Queue 里面,执行。
  • ok,第一轮事件循环结束了,我们开始第二轮循环,当然要从宏任务 Event Queue 开始。我们发现了宏任务 Event Queue 中==setTimeout==对应的回调函数,立即执行。
  • 结束。

事件循环,宏任务,微任务的关系如图所示:image

我们来分析一段较复杂的代码,看看你是否真的掌握了 js 的执行机制:

console.log('1');

setTimeout(function() {
    console.log('2');
    process.nextTick(function() {
        console.log('3');
    })
    new Promise(function(resolve) {
        console.log('4');
        resolve();
    }).then(function() {
        console.log('5')
    })
})
process.nextTick(function() {
    console.log('6');
})
new Promise(function(resolve) {
    console.log('7');
    resolve();
}).then(function() {
    console.log('8')
})

setTimeout(function() {
    console.log('9');
    process.nextTick(function() {
        console.log('10');
    })
    new Promise(function(resolve) {
        console.log('11');
        resolve();
    }).then(function() {
        console.log('12')
    })
})

第一轮事件循环流程分析如下:

  • 整体==script==作为第一个宏任务进入主线程,遇到==console.log==,输出 1。
  • 遇到==setTimeout==,其回调函数被分发到宏任务 Event Queue 中。我们暂且记为==setTimeout1==。
  • 遇到==process.nextTick()==,其回调函数被分发到微任务 Event Queue 中。我们记为 process1。
  • 遇到==Promise,new Promise==直接执行,输出 7。==then==被分发到微任务 Event Queue 中。我们记为==then1==。
  • 又遇到了==setTimeout==,其回调函数被分发到宏任务 Event Queue 中,我们记为==setTimeout2==。
宏任务 Event Queue 微任务 Event Queue
setTimeout1 process1
setTimeout2 then1
  • 上表是第一轮事件循环宏任务结束时各 Event Queue 的情况,此时已经输出了 1 和 7。
  • 我们发现了==process1==和==then1==两个微任务。
  • 执行==process1==,输出 6。
  • 执行==then1==,输出 8。

好了,第一轮事件循环正式结束,这一轮的结果是输出 1,7,6,8。那么第二轮时间循环从==setTimeout1==宏任务开始:

  • 首先输出 2。接下来遇到==了 process.nextTick()==,同样将其分发到微任务 Event Queue 中,记为==process2。new Promise==立即执行输出 4,==then==也分发到微任务 Event Queue 中,记为==then2==。
宏任务 Event Queue 微任务 Event Queue
setTimeout2 process2
null then2
  • 第二轮事件循环宏任务结束,我们发现有==process2==和==then2==两个微任务可以执行。
  • 输出 3。
  • 输出 5。
  • 第二轮事件循环结束,第二轮输出 2,4,3,5。
  • 第三轮事件循环开始,此时只剩==setTimeout2==了,执行。
  • 直接输出 9。
  • 将 process.nextTick()分发到微任务 Event Queue 中。记为==process3==。
  • 直接执行==new Promise==,输出 11。
  • 将==then==分发到微任务 Event Queue 中,记为==then3==。
宏任务 Event Queue 微任务 Event Queue
nuull process3
nuull then3
  • 第三轮事件循环宏任务执行结束,执行两个微任务 process3 和 then3。
  • 输出 10。
  • 输出 12。
  • 第三轮事件循环结束,第三轮输出 9,11,10,12。

整段代码,共进行了三次事件循环,完整的输出为 1,7,6,8,2,4,3,5,9,11,10,12。 (请注意,node 环境下的事件监听依赖 libuv 与前端环境不完全相同,输出顺序可能会有误差)

6.写在最后

(1)js 的异步

我们从最开头就说 javascript 是一门单线程语言,不管是什么新框架新语法糖实现的所谓异步,其实都是用同步的方法去模拟的,牢牢把握住单线程这点非常重要。

(2)事件循环 Event Loop

事件循环是 js 实现异步的一种方法,也是 js 的执行机制。

(3)javascript 的执行和运行

执行和运行有很大的区别,javascript 在不同的环境下,比如 node,浏览器,Ringo 等等,执行方式是不同的。而运行大多指 javascript 解析引擎,是统一的。

(4)setImmediate

微任务和宏任务还有很多种类,比如 setImmediate 等等,执行都是有共同点的,有兴趣的同学可以自行了解。

(5)最后的最后

javascript 是一门单线程语言 Event Loop 是 javascript 的执行机制

牢牢把握两个基本点,以认真学习 javascript 为中心,早日实现成为前端高手的伟大梦想! image