javascript引擎执行的过程的理解--执行阶段

时间 2019-11-18

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1、概述javascript

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js引擎执行过程主要分为三个阶段，分别是语法分析，预编译和执行阶段，上篇文章咱们介绍了语法分析和预编译阶段，那么咱们先作个简单归纳，以下：java

一、语法分析：分别对加载完成的代码块进行语法检验，语法正确则进入预编译阶段；不正确则中止该代码块的执行，查找下一个代码块并进行加载，加载完成再次进入该代码块的语法分析阶段。node

二、预编译：经过语法分析阶段后，进入预编译阶段，则建立变量对象（建立arguments对象（函数运行环境下），函数声明提早解析，变量声明提高），肯定做用域链以及this指向。git

若是对语法分析和预编译，还有疑问：javascript引擎执行的过程的理解--语法分析和预编译阶段。es6

本文主要分析js引擎执行的第三个阶段–执行阶段，在分析以前咱们先思考如下两个问题：github

一、js是单线程的，为了不代码解析阻塞使用了异步执行，那么它的异步执行机制是怎么样的？promise

答：经过事件循环（Event Loop），理解了事件循环的原理就理解了js的异步执行机制，本文主要介绍。浏览器

二、js是单线程的，那么是否表明参与js执行过程的线程就只有一个？数据结构

答：不是的，会有四个线程参与该过程，可是永远只有JS引擎线程在执行JS脚本程序，其余的三个线程只协助，不参与代码解析与执行。参与js执行过程的线程分别是：

（1）JS引擎线程：也称为JS内核，负责解析执行Javascript脚本程序的主线程（例如V8引擎）。

（2）事件触发线程：归属于浏览器内核进程，不受JS引擎线程控制。主要用于控制事件（例如鼠标，键盘等事件），当该事件被触发时候，事件触发线程就会把该事件的处理函数推动事件队列，等待JS引擎线程执行。

（3）定时器触发线程：主要控制计时器setInterval和延时器setTimeout，用于定时器的计时，计时完毕，知足定时器的触发条件，则将定时器的处理函数推动事件队列中，等待JS引擎线程执行。

注：W3C在HTML标准中规定setTimeout低于4ms的时间间隔算为4ms。

（4）HTTP异步请求线程：经过XMLHttpRequest链接后，经过浏览器新开的一个线程，监控readyState状态变动时，若是设置了该状态的回调函数，则将该状态的处理函数推动事件队列中，等待JS引擎线程执行。

注：浏览器对同一域名请求的并发链接数是有限制的，Chrome和Firefox限制数为6个，ie8则为10个。

总结：永远只有JS引擎线程在执行JS脚本程序，其余三个线程只负责将知足触发条件的处理函数推动事件队列，等待JS引擎线程执行。

2、执行阶段

先分析一个典型的例子（来自Tasks, microtasks, queues and schedules，建议英文基础好的阅读，很是不错的文章）：

console.log('script start');

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

Promise.resolve().then(function() {
  console.log('promise1');
}).then(function() {
  console.log('promise2');
});

console.log('script end');

直接划分例子的代码结构，简单描述分析执行过程；

暂不解释该过程当中的概念和原理，概念和原理将会在下面具体讲解以下：

一、宏任务（macro-task）

宏任务（macro-task），宏任务又按执行顺序分为同步任务和异步任务

（1）同步任务

console.log('script start'); console.log('script end');

（2）异步任务

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

二、微任务（micro-task）

Promise.resolve().then(function() {
  console.log('promise1');
}).then(function() {
  console.log('promise2');
});

在JS引擎执行过程当中，进入执行阶段后，代码的执行顺序以下：

宏任务(同步任务) --> 微任务 --> 宏任务(异步任务)

输出结果：

script start
script end
promise1
promise2
setTimeout

进入ES6或Node环境中，JS的任务分为两种，分别是宏任务（macro-task）和微任务（micro-task），在最新的ECMAScript中，微任务称为jobs，宏任务称为task，他们的执行顺序如上。可能不少人对上面的分析并不理解，那么咱们接下来继续对上面例子进行详细分析。

2.1宏任务

宏任务（macro-task）可分为同步任务和异步任务：

一、同步任务指的是在JS引擎主线程上按顺序执行的任务，只有前一个任务执行完毕后，才能执行后一个任务，造成一个执行栈（函数调用栈）。

二、异步任务指的是不直接进入JS引擎主线程，而是知足触发条件时，相关的线程将该异步任务推动任务队列(task queue)，等待JS引擎主线程上的任务执行完毕，空闲时读取执行的任务，例如异步Ajax，DOM事件，setTimeout等。

理解宏任务中同步任务和异步任务的执行顺序，那么就至关于理解了JS异步执行机制–事件循环（Event Loop）。

2.1.1事件循环

事件循环能够理解成由三部分组成，分别是：

一、主线程执行栈

二、异步任务等待触发

三、任务队列

任务队列(task queue)就是以队列的数据结构对事件任务进行管理，特色是先进先出，后进后出。

这里直接引用一张著名的图片(参考自Philip Roberts的演讲《Help, I’m stuck in an event-loop》)，帮助咱们理解，以下：

在JS引擎主线程执行过程当中：

一、首先执行宏任务的同步任务，在主线程上造成一个执行栈，可理解为函数调用栈。

二、当执行栈中的函数调用到一些异步执行的API（例如异步Ajax，DOM事件，setTimeout等API），则会开启对应的线程（Http异步请求线程，事件触发线程和定时器触发线程）进行监控和控制。

三、当异步任务的事件知足触发条件时，对应的线程则会把该事件的处理函数推动任务队列(task queue)中，等待主线程读取执行。

四、当JS引擎主线程上的任务执行完毕，则会读取任务队列中的事件，将任务队列中的事件任务推动主线程中，按任务队列顺序执行

五、当JS引擎主线程上的任务执行完毕后，则会再次读取任务队列中的事件任务，如此循环，这就是事件循环（Event Loop）的过程。

若是仍是不能理解，那么咱们再次拿上面的例子进行详细分析，该例子中宏任务的代码部分是：

console.log('script start');

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

console.log('script end');

代码执行过程以下：

一、JS引擎主线程按代码顺序执行，当执行到console.log('script start');，JS引擎主线程认为该任务是同步任务，因此马上执行输出script start，而后继续向下执行。

二、JS引擎主线程执行到setTimeout(function() { console.log('setTimeout'); }, 0);，JS引擎主线程认为setTimeout是异步任务API，则向浏览器内核进程申请开启定时器线程进行计时和控制该setTimeout任务。因为W3C在HTML标准中规定setTimeout低于4ms的时间间隔算为4ms，那么当计时到4ms时，定时器线程就把该回调处理函数推动任务队列中等待主线程执行，而后JS引擎主线程继续向下执行。

三、JS引擎主线程执行到console.log('script end');，JS引擎主线程认为该任务是同步任务，因此马上执行输出script end。

四、JS引擎主线程上的任务执行完毕（输出script start和script end）后，主线程空闲，则开始读取任务队列中的事件任务，将该任务队里的事件任务推动主线程中，按任务队列顺序执行，最终输出setTimeout，因此输出的结果顺序为script start script end setTimeout。

以上即是JS引擎执行宏任务的整个过程。

理解该过程后，咱们作一些拓展性的思考：

咱们都知道setTimeout和setInterval是异步任务的定时器，须要添加到任务队列等待主线程执行，那么使用setTimeout模拟实现setInterval，会有区别吗？

答案是有区别的，咱们不妨思考一下：

一、setTimeout实现setInterval只能经过递归调用。

二、setTimeout是在到了指定时间的时候就把事件推到任务队列中，只有当在任务队列中的setTimeout事件被主线程执行后，才会继续再次在到了指定时间的时候把事件推到任务队列，那么setTimeout的事件执行确定比指定的时间要久，具体相差多少跟代码执行时间有关。

三、setInterval则是每次都精确的隔一段时间就向任务队列推入一个事件，不管上一个setInterval事件是否已经执行，因此有可能存在setInterval的事件任务累积，致使setInterval的代码重复连续执行屡次，影响页面性能。

综合以上的分析，使用setTimeout实现计时功能是比setInterval性能更好的。固然若是不须要兼容低版本的IE浏览器，使用requestAnimationFrame是更好的选择。

咱们继续再作进一步的思考，以下：

高频率触发的事件（例如滚动事件）触发频率太高会影响页面性能，甚至形成页面卡顿，咱们是否能够利用计时器的原理进行优化呢？

是能够的，咱们能够利用setTimeout实现计时器的原理，对高频触发的事件进行优化，实现点在于将多个触发事件合并成一个，这就是防抖和节流，本文先不作具体讲解，你们能够自行研究，有机会我再另开文章分析。

2.2微任务

微任务是在es6和node环境中出现的一个任务类型，若是不考虑es6和node环境的话，咱们只须要理解宏任务事件循环的执行过程就已经足够了，可是到了es6和node环境，咱们就须要理解微任务的执行顺序了。微任务（micro-task）的API主要有:Promise， process.nextTick

这里咱们直接引用一张流程图帮助咱们理解，以下：

在宏任务中执行的任务有两种，分别是同步任务和异步任务，由于异步任务会在知足触发条件时才会推动任务队列（task queue），而后等待主线程上的任务执行完毕，再读取任务队列中的任务事件，最后推动主线程执行，因此这里将异步任务即任务队列看做是新的宏任务。执行的过程如上图所示：

一、执行宏任务中同步任务，执行结束。

二、检查是否存在可执行的微任务，有的话执行全部微任务，而后读取任务队列的任务事件，推动主线程造成新的宏任务；没有的话则读取任务队列的任务事件，推动主线程造成新的宏任务。

三、执行新宏任务的事件任务，再检查是否存在可执行的微任务，如此不断的重复循环。

这就是加入微任务后的详细事件循环，若是尚未理解，那么们对一开始的例子作一个全面的分析，以下：

console.log('script start');

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

Promise.resolve().then(function() {
  console.log('promise1');
}).then(function() {
  console.log('promise2');
});

console.log('script end');

执行过程以下：

一、代码块经过语法分析和预编译后，进入执行阶段，当JS引擎主线程执行到console.log('script start');，JS引擎主线程认为该任务是同步任务，因此马上执行输出script start，而后继续向下执行。

三、JS引擎主线程执行到Promise.resolve().then(function() { console.log('promise1'); }).then(function() { console.log('promise2'); });，JS引擎主线程认为Promise是一个微任务，这把该任务划分为微任务，等待执行。

四、JS引擎主线程执行到console.log('script end');，JS引擎主线程认为该任务是同步任务，因此马上执行输出script end。

五、主线程上的宏任务执行完毕，则开始检测是否存在可执行的微任务，检测到一个Promise微任务，那么马上执行，输出promise1和promise2

六、微任务执行完毕，主线程开始读取任务队列中的事件任务setTimeout，推入主线程造成新宏任务，而后在主线程中执行，输出setTimeout

最后输出结果：

script start
script end
promise1
promise2
setTimeout

3、总结

以上即是JS引擎执行的所有过程，JS引擎的执行过程其实并不复杂，只要多思考多研究就能够理解，理解该过程后能够在必定程度上提升对JS的认识。

4、参考文献

Tasks, microtasks, queues and schedules