JS是单线程，你了解其运行机制吗？

一. 区分进程和线程

不少新手是区分不清线程和进程的，没有关系。这很正常。先看看下面这个形象的比喻：

进程是一个工厂，工厂有它的独立资源-工厂之间相互独立-线程是工厂中的工人，多个工人协做完成任务-工厂内有一个或多个工人-工人之间共享空间

若是是windows电脑中，能够打开任务管理器，能够看到有一个后台进程列表。对，那里就是查看进程的地方，并且能够看到每一个进程的内存资源信息以及cpu占有率。

因此，应该更容易理解了：进程是cpu资源分配的最小单位（系统会给它分配内存）

最后，再用较为官方的术语描述一遍：

• 进程是cpu资源分配的最小单位（是能拥有资源和独立运行的最小单位）
• 线程是cpu调度的最小单位（线程是创建在进程的基础上的一次程序运行单位，一个进程中能够有多个线程）

提示：

• 不一样进程之间也能够通讯，不过代价较大
• 如今，通常通用的叫法：单线程与多线程，都是指在一个进程内的单和多。（因此核心仍是得属于一个进程才行）

二. 浏览器是多进程的

理解了进程与线程了区别后，接下来对浏览器进行必定程度上的认识：（先看下简化理解）

• 浏览器是多进程的
• 浏览器之因此可以运行，是由于系统给它的进程分配了资源（cpu、内存）
• 简单点理解，每打开一个Tab页，就至关于建立了一个独立的浏览器进程。

关于以上几点的验证，请再第一张图：

图中打开了Chrome浏览器的多个标签页，而后能够在Chrome的任务管理器中看到有多个进程（分别是每个Tab页面有一个独立的进程，以及一个主进程）。

感兴趣的能够自行尝试下，若是再多打开一个Tab页，进程正常会+1以上（不过，某些版本的ie倒是单进程的）

注意：在这里浏览器应该也有本身的优化机制，有时候打开多个tab页后，能够在Chrome任务管理器中看到，有些进程被合并了（因此每个Tab标签对应一个进程并不必定是绝对的）

3、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。

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？

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。

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。

四. JavaScript是单线程，怎样执行异步的代码？

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。
js引擎执行异步代码而不用等待，是因有为有 消息队列和事件循环。

消息队列：消息队列是一个先进先出的队列，它里面存放着各类消息。
事件循环：事件循环是指主线程重复从消息队列中取消息、执行的过程。

实际上，主线程只会作一件事情，就是从消息队列里面取消息、执行消息，再取消息、再执行。当消息队列为空时，就会等待直到消息队列变成非空。并且主线程只有在将当前的消息执行完成后，才会去取下一个消息。这种机制就叫作事件循环机制，取一个消息并执行的过程叫作一次循环。

事件循环用代码表示大概是这样的：

while(true) {
    var message = queue.get();
    execute(message);
}

那么，消息队列中放的消息具体是什么东西？消息的具体结构固然跟具体的实现有关，可是为了简单起见，咱们能够认为：

消息就是注册异步任务时添加的回调函数。

再次以异步AJAX为例，假设存在以下的代码：

$.ajax('http://segmentfault.com', function(resp) {
    console.log('我是响应：', resp);
});

// 其余代码
...
...
...

主线程在发起AJAX请求后，会继续执行其余代码。AJAX线程负责请求segmentfault.com，拿到响应后，它会把响应封装成一个JavaScript对象，而后构造一条消息：

// 消息队列中的消息就长这个样子
var message = function () {
    callbackFn(response);
}

其中的callbackFn就是前面代码中获得成功响应时的回调函数。

主线程在执行完当前循环中的全部代码后，就会到消息队列取出这条消息(也就是message函数)，并执行它。到此为止，就完成了工做线程对主线程的通知，回调函数也就获得了执行。若是一开始主线程就没有提供回调函数，AJAX线程在收到HTTP响应后，也就不必通知主线程，从而也不必往消息队列放消息。

用图表示这个过程就是：

从上文中咱们也能够获得这样一个明显的结论，就是：

异步过程的回调函数，必定不在当前这一轮事件循环中执行。

事件循环进阶：macrotask与microtask

一张图展现JavaScript中的事件循环：

一次事件循环：先运行macroTask队列中的一个，而后运行microTask队列中的全部任务。接着开始下一次循环（只是针对macroTask和microTask，一次完整的事件循环会比这个复杂的多）。

JS中分为两种任务类型：macrotask和microtask，在ECMAScript中，microtask称为jobs，macrotask可称为task

它们的定义？区别？简单点能够按以下理解：

macrotask（又称之为宏任务），能够理解是每次执行栈执行的代码就是一个宏任务（包括每次从事件队列中获取一个事件回调并放到执行栈中执行）

每个task会从头至尾将这个任务执行完毕，不会执行其它

浏览器为了可以使得JS内部task与DOM任务可以有序的执行，会在一个task执行结束后，在下一个 task 执行开始前，对页面进行从新渲染
（task->渲染->task->...）

microtask（又称为微任务），能够理解是在当前 task 执行结束后当即执行的任务

也就是说，在当前task任务后，下一个task以前，在渲染以前

因此它的响应速度相比setTimeout（setTimeout是task）会更快，由于无需等渲染

也就是说，在某一个macrotask执行完后，就会将在它执行期间产生的全部microtask都执行完毕（在渲染前）

分别很么样的场景会造成macrotask和microtask呢？

macroTask: 主代码块, setTimeout, setInterval, setImmediate, requestAnimationFrame, I/O, UI rendering（能够看到，事件队列中的每个事件都是一个macrotask）

microTask: process.nextTick, Promise, Object.observe, MutationObserver

补充：在node环境下，process.nextTick的优先级高于Promise，也就是能够简单理解为：在宏任务结束后会先执行微任务队列中的nextTickQueue部分，而后才会执行微任务中的Promise部分。

另外，setImmediate则是规定：在下一次Event Loop（宏任务）时触发（因此它是属于优先级较高的宏任务），（Node.js文档中称，setImmediate指定的回调函数，老是排在setTimeout前面），因此setImmediate若是嵌套的话，是须要通过多个Loop才能完成的，而不会像process.nextTick同样没完没了。

实践：上代码

咱们以setTimeout、process.nextTick、promise为例直观感觉下两种任务队列的运行方式。

console.log('main1');

process.nextTick(function() {
    console.log('process.nextTick1');
});

setTimeout(function() {
    console.log('setTimeout');
    process.nextTick(function() {
        console.log('process.nextTick2');
    });
}, 0);

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

console.log('main2');

别着急看答案，先以上面的理论本身想一想，运行结果会是啥？

最终结果是这样的：

main1
promise
main2
process.nextTick1
promise then
setTimeout
process.nextTick2

process.nextTick 和 promise then在 setTimeout 前面输出，已经证实了macroTask和microTask的执行顺序。可是有一点必需要指出的是。上面的图容易给人一个错觉，就是主进程的代码执行以后，会先调用macroTask，再调用microTask，这样在第一个循环里必定是macroTask在前，microTask在后。

可是最终的实践证实：在第一个循环里，process.nextTick1和promise then这两个microTask是在setTimeout这个macroTask里以前输出的，这是为何呢？

由于主进程的代码也属于macroTask（这一点我比较疑惑的是主进程都是一些同步代码，而macroTask和microTask包含的都是一些异步任务，为啥主进程的代码会被划分为macroTask，不过从实践来看确实是这样，并且也有理论支撑：【翻译】Promises/A+规范）。

主进程这个macroTask（也就是main一、promise和main2）执行完了，天然会去执行process.nextTick1和promise then这两个microTask。这是第一个循环。以后的setTimeout和process.nextTick2属于第二个循环

别看上面那段代码好像特别绕，把原理弄清楚了，都同样 ~

requestAnimationFrame、Object.observe(已废弃) 和 MutationObserver这三个任务的运行机制你们能够从上面看到，不一样的只是具体用法不一样。重点说下UI rendering。在HTML规范：event-loop-processing-model里叙述了一次事件循环的处理过程，在处理了macroTask和microTask以后，会进行一次Update the rendering，其中细节比较多，总的来讲会进行一次UI的从新渲染。

事件循环机制进一步补充

这里就直接引用一张图片来协助理解：（参考自Philip Roberts的演讲《Help, I’m stuck in an event-loop》）

上图大体描述就是：

• 主线程运行时会产生执行栈，栈中的代码调用某些api时，它们会在事件队列中添加各类事件（当知足触发条件后，如ajax请求完毕）
• 而栈中的代码执行完毕，就会读取事件队列中的事件，去执行那些回调
• 如此循环
• 注意，老是要等待栈中的代码执行完毕后才会去读取事件队列中的事件

五. 最后

看到这里，应该对JS的运行机制有必定的理解了吧。

参考：

1. http://www.ruanyifeng.com/blo...
2. https://mp.weixin.qq.com/s/vI...
3. https://mp.weixin.qq.com/s?__...
4. https://mp.weixin.qq.com/s/k_...

我不是大神，也不是什么牛人，写这个号的目的是为了记录我自学 web全栈 的笔记。

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