javaScript异步编程

时间 2019-12-08

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1、为何JavaScript是单线程？

JavaScript语言的一大特色就是单线程，也就是说，同一个时间只能作一件事。那么，为何JavaScript不能有多个线程呢？这样能提升效率啊。html

JavaScript的单线程，与它的用途有关。做为浏览器脚本语言，JavaScript的主要用途是与用户互动，以及操做DOM。这决定了它只能是单线程，不然会带来很复杂的同步问题。好比，假定JavaScript同时有两个线程，一个线程在某个DOM节点上添加内容，另外一个线程删除了这个节点，这时浏览器应该以哪一个线程为准？浏览器

因此，为了不复杂性，从一诞生，JavaScript就是单线程，这已经成了这门语言的核心特征，未来也不会改变。服务器

为了利用多核CPU的计算能力，HTML5提出Web Worker标准，容许JavaScript脚本建立多个线程，可是子线程彻底受主线程控制，且不得操做DOM。因此，这个新标准并无改变JavaScript单线程的本质。网络

2、任务队列

单线程就意味着，全部任务须要排队，前一个任务结束，才会执行后一个任务。若是前一个任务耗时很长，后一个任务就不得不一直等着。数据结构

若是排队是由于计算量大，CPU忙不过来，倒也算了，可是不少时候CPU是闲着的，由于IO设备（输入输出设备）很慢（好比Ajax操做从网络读取数据），不得不等着结果出来，再往下执行。异步

JavaScript语言的设计者意识到，这时主线程彻底能够无论IO设备，挂起处于等待中的任务，先运行排在后面的任务。等到IO设备返回告终果，再回过头，把挂起的任务继续执行下去。async

因而，全部任务能够分红两种，一种是同步任务（synchronous），另外一种是异步任务（asynchronous）。同步任务指的是，在主线程上排队执行的任务，只有前一个任务执行完毕，才能执行后一个任务；异步任务指的是，不进入主线程、而进入"任务队列"（task queue）的任务，只有"任务队列"通知主线程，某个异步任务能够执行了，该任务才会进入主线程执行。函数

具体来讲，异步执行的运行机制以下。（同步执行也是如此，由于它能够被视为没有异步任务的异步执行。）oop

（1）全部同步任务都在主线程上执行，造成一个执行栈（execution context stack）。url

（2）主线程以外，还存在一个"任务队列"（task queue）。只要异步任务有了运行结果，就在"任务队列"之中放置一个事件。

（3）一旦"执行栈"中的全部同步任务执行完毕，系统就会读取"任务队列"，看看里面有哪些事件。那些对应的异步任务，因而结束等待状态，进入执行栈，开始执行。

（4）主线程不断重复上面的第三步。

这里有必要介绍一下堆栈和队列的区别：

堆（heap）：内存中某一未被阻止的区域，一般存储对象（引用类型）；
栈（stack）：后进先出的顺序存储数据结构，一般存储函数参数和基本类型值变量（按值访问）；
队列（queue）：先进先出顺序存储数据结构。

下图就是主线程和任务队列的示意图。

只要主线程空了，就会去读取"任务队列"，这就是JavaScript的运行机制。这个过程会不断重复。

3、事件和回调函数

"任务队列"是一个事件的队列（也能够理解成消息的队列），IO设备完成一项任务，就在"任务队列"中添加一个事件，表示相关的异步任务能够进入"执行栈"了。主线程读取"任务队列"，就是读取里面有哪些事件。

"任务队列"中的事件，除了IO设备的事件之外，还包括一些用户产生的事件（好比鼠标点击、页面滚动等等）。只要指定过回调函数，这些事件发生时就会进入"任务队列"，等待主线程读取。

所谓"回调函数"（callback），就是那些会被主线程挂起来的代码。异步任务必须指定回调函数，当主线程开始执行异步任务，就是执行对应的回调函数。

"任务队列"是一个先进先出的数据结构，排在前面的事件，优先被主线程读取。主线程的读取过程基本上是自动的，只要执行栈一清空，"任务队列"上第一位的事件就自动进入主线程。可是，因为存在后文提到的"定时器"功能，主线程首先要检查一下执行时间，某些事件只有到了规定的时间，才能返回主线程。

4、Event Loop

主线程从"任务队列"中读取事件，这个过程是循环不断的，因此整个的这种运行机制又称为Event Loop（事件循环）。

为了更好地理解Event Loop，请看下图：

上图中，主线程运行的时候，产生堆（heap）和栈（stack），栈中的代码调用各类外部API，它们在"任务队列"中加入各类事件（click，load，done）。只要栈中的代码执行完毕，主线程就会去读取"任务队列"，依次执行那些事件所对应的回调函数。

执行栈中的代码（同步任务），老是在读取"任务队列"（异步任务）以前执行。请看下面这个例子。

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

上面代码中的req.send方法是Ajax操做向服务器发送数据，它是一个异步任务，意味着只有当前脚本的全部代码执行完，系统才会去读取"任务队列"。因此，它与下面的写法等价。

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

也就是说，指定回调函数的部分（onload和onerror），在send()方法的前面或后面可有可无，由于它们属于执行栈的一部分，系统老是执行完它们，才会去读取"任务队列"。

5、定时器

定时器看下面两个例子的对比：

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

上面这段代码的执行顺序以下：

运行到setTimeout(fn, 500),会先将这个异步操做挂起，在500ms后执行。

在看下面一个例子：

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

这段代码输出的结果不是500ms左右，咱们来分析一下执行顺序：

程序先要执行一个很长的for循环，循环完以后才会执行到setTimeout(fn, 500),因此打印的时间就是500ms+前面代码的执行时间了。

本文绝大部分转自阮一峰：JavaScript 运行机制详解：再谈Event Loop