JavaScript执行机制

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单线程
任务队列
EventLoop
关于setTimeout与setInterval
关于Promise和process.nextTick(callback)
总结

对于JavaScript执行机制,之前也学习过,上班也时不时听见同事说事件循环,任务队列这些词,但是一直没有来得及进行系统总结,今天花点时间整理下。

1. 单线程

JavaScript是一门单线程的语言,所谓单线程就是同一个时间段只能做一件事。举例来说就好比银行有一个窗口办理业务,你想办理业务的话,就需要排队,你要等着在你前面的人都办理好了,才能轮到你。

2. 任务队列

包含同步任务和异步任务

3. EventLoop

执行栈与任务队列之间的来回搬运。执行栈会执行同步任务,执行完后,会向任务队列里面搬运异步任务放入执行栈里面执行,执行完成后,会继续向任务队列搬运下一个异步任务,如此循环下去,就是事件循环。

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

4. 关于setTimeout与setInterval

先看一个例子:

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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:

1.执行console

2.执行task()

然后我们修改一下前面的代码:

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

wait(10000000) //wait函数需要很久才能执行完

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wait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。
  • wait函数终于执行完了,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。

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. 关于Promise和process.nextTick(callback)

  • Promise是异步编程的一个解决方案
  • 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。

任务从广义上分为同步任务和异步任务,其更细致的划分便是:宏任务和微任务。
宏任务和微任务都存在于事件队列里面

  • 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:

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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。
  • 至此,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:
blockchain

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:

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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: setTimeout1, setTimeout2

    微任务: process1, then1

  • 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: setTimeout2

    微任务: process2, 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: 无

    微任务: process3, 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。

6- 总结

  • 首先JS是单线程的,一个时间点只能干一件事
  • JS语句有的是同步的,有的是异步的,要先执行同步代码,同步的执行完了再去执行异步的
  • 要先从一个宏任务开始执行,再去执行里面的微任务,此为一轮事件循环,然后进入下一轮。
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