一直以來都知道JavaScript是一門單線程語言，在筆試過程中不斷的遇到一些輸出結果的問題，考量的是對異步編程掌握情況。一般被問到異步的時候腦子里第一反應就是Ajax，setTimseout...這些東西。在平時做項目過程中，基本大多數操作都是異步的。JavaScript異步都是通過回調形式完成的，開發過程中一直在處理回調，可能不知不覺中自己就已經處在回調地獄中。
瀏覽器線程
在開始之前簡單的說一下瀏覽器的線程，對瀏覽器的作業有個基礎的認識。之前說過JavaScript是單線程作業，但是並不代表瀏覽器就是單線程的。
在JavaScript引擎中負責解析和執行JavaScript代碼的線程只有一個。但是除了這個主進程以外，還有其他很多輔助線程。那么諸如onclick回調，setTimeout，Ajax這些都是怎么實現的呢？即瀏覽器搞了幾個其他線程去輔助JavaScript線程的運行。
瀏覽器有很多線程，例如：
- GUI渲染線程 - GUI渲染線程處於掛起狀態的，也就是凍結狀態
- JavaScript引擎線程 - 用於解析JavaScript代碼
- 定時器觸發線程 - 瀏覽器定時計數器並不是 js引擎計數
- 瀏覽器事件線程 - 用於解析BOM渲染等工作
- http線程 - 主要負責數據請求
- EventLoop輪詢處理線程 - 事件被觸發時該線程會把事件添加到待處理隊列的隊尾
- 等等等
從上面來看可以得出，瀏覽器其實也做了很多事情，遠遠的沒有想象中的那么簡單，上面這些線程中GUI渲染線程,JavaScript引擎線程,瀏覽器事件線程是瀏覽器的常駐線程。
當瀏覽器開始解析代碼的時候，會根據代碼去分配給不同的輔助線程去作業。
進程
進程是指在操作系統中正在運行的一個應用程序
線程
線程是指進程內獨立執行某個任務的一個單元。線程自己基本上不擁有系統資源，只擁有一點在運行中必不可少的資源(如程序計數器，一組寄存器和棧)。
進程中包含線程，一個進程中可以有N個進程。我們可以在電腦的任務管理器中查看到正在運行的進程，可以認為一個進程就是在運行一個程序，比如用瀏覽器打開一個網頁，這就是開啟了一個進程。但是比如打開3個瀏覽器，那么就開啟了3個進程。
同步&異步
既然要了解同步異步當然要簡單的說一下同步和異步。說到同步和異步最有發言權的真的就屬Ajax了，為了讓例子更加明顯沒有使用Ajax舉例。(●ˇ∀ˇ●)
同步
同步會逐行執行代碼，會對后續代碼造成阻塞，直至代碼接收到預期的結果之后，才會繼續向下執行。
console.log(1);
alert("同步");
console.log(2);
// 結果：
// 1
// 同步
// 2
異步
如果在函數返回的時候，調用者還不能夠得到預期結果，而是將來通過一定的手段得到結果（例如回調函數），這就是異步。
console.log(1);
setTimeout(() => {
alert("異步");
},0);
console.log(2);
// 結果：
// 1
// 2
// 異步
為什么JavaScript要采用異步編程
一開始就說過，JavaScript是一種單線程執行的腳本語言（這可能是由於歷史原因或為了簡單而采取的設計）。它的單線程表現在任何一個函數都要從頭到尾執行完畢之后，才會執行另一個函數，界面的更新、鼠標事件的處理、計時器（setTimeout、setInterval等）的執行也需要先排隊，后串行執行。假如有一段JavaScript從頭到尾執行時間比較長，那么在執行期間任何UI更新都會被阻塞，界面事件處理也會停止響應。這種情況下就需要異步編程模式，目的就是把代碼的運行打散或者讓IO調用（例如AJAX）在后台運行，讓界面更新和事件處理能夠及時地運行。
JavaScript語言的設計者意識到，這時主線程完全可以不管IO設備，掛起處於等待中的任務，先運行排在后面的任務。等到IO設備返回了結果，再回過頭，把掛起的任務繼續執行下去。
異步運行機制：
- 所有同步任務都在主線程上執行，形成一個執行棧。
- 主線程之外，還存在一個
任務隊列。只要異步任務有了運行結果，就在任務隊列之中放置一個事件。 - 一旦
執行棧中的所有同步任務執行完畢，系統就會讀取任務隊列，看看里面有哪些事件。那些對應的異步任務，於是結束等待狀態，進入執行棧，開始執行。 - 主線程不斷重復上面的第三步。
<button onclick="updateSync()">同步</button>
<button onclick="updateAsync()">異步</button>
<div id="output"></div>
<script>
function updateSync() {
for (var i = 0; i < 1000000; i++) {
document.getElementById('output').innerHTML = i;
}
}
function updateAsync() {
var i = 0;
function updateLater() {
document.getElementById('output').innerHTML = (i++);
if (i < 1000000) {
setTimeout(updateLater, 0);
}
}
updateLater();
}
</script>
點擊同步按鈕會調用updateSync的同步函數，邏輯非常簡單，循環體內每次更新output結點的內容為i。如果在其他多線程模型下的語言，你可能會看到界面上以非常快的速度顯示從0到999999后停止。但是在JavaScript中，你會感覺按鈕按下去的時候卡了一下，然后看到一個最終結果999999，而沒有中間過程，這就是因為在updateSync函數運行過程中UI更新被阻塞，只有當它結束退出后才會更新UI。反之，當點擊異步的時候，會明顯的看到Dom在逐步更新的過程。
從上面的例子中可以明顯的看出，異步編程對於JavaScript來說是多么多么的重要。
異步編程有什么好處
從編程方式來講當然是同步編程的方式更為簡單，但是同步有其局限性一是假如是單線程那么一旦遇到阻塞調用，會造成整個線程阻塞，導致cpu無法得到有效利用，而瀏覽器的JavaScript執行和瀏覽器渲染是運行在單線程中，一旦遇到阻塞調用不僅意味JavaScript的執行被阻塞更意味整個瀏覽器渲染也被阻塞這就導致界面的卡死，若是多線程則不可避免的要考慮互斥和同步問題，而互斥和同步帶來復雜度也很大，實際上瀏覽器下因為同時只能執行一段JavaScript代碼這意味着不存在互斥問題，但是同步問題仍然不可避免，以往回調風格中異步的流程控制（其實就是同步問題）也比較復雜。瀏覽器端的編程方式也即是GUI編程，其本質就是事件驅動的（鼠標點擊，Http請求結束等）異步編程更為自然。
突然有個疑問，既然如此為什么JavaScript沒有使用多線程作業呢？就此就去Google了一下JavaScript多線程，在HTML5推出之后是提供了多線程只是比較局限。在使用多線程的時候無法使用window對象。若JavaScript使用多線程，在A線程中正在操作DOM，但是B線程中已經把該DOM已經刪除了（只是簡單的小栗子，可能還有很多問題，至於這些歷史問題無從考究了）。會給編程作業帶來很大的負擔。就我而言我想這也就說明了為什么JavaScript沒有使用多線程的原因吧。
異步與回調
回調到底屬於異步么？會想起剛剛開始學習JavaScript的時候常常吧這兩個概念混合在一起。在搞清楚這個問題，首先要明白什么是回調函數。
百科：回調函數;回調函數是一個函數，它作為參數傳遞給另一個函數，並在父函數完成后執行。回調的特殊之處在於，出現在“父類”之后的函數可以在回調執行之前執行。另一件需要知道的重要事情是如何正確地傳遞回調。這就是我經常忘記正確語法的地方。
通過上面的解釋可以得出，回調函數本質上其實就是一種設計模式，例如我們熟悉的JQuery也只不過是遵循了這個設計原則而已。在JavaScript中，回調函數具體的定義為：函數A作為參數(函數引用)傳遞到另一個函數B中，並且這個函數B執行函數A。我們就說函數A叫做回調函數。如果沒有名稱(函數表達式)，就叫做匿名回調函數。
簡單的舉個小例子：
function test (n,fn){
console.log(n);
fn && fn(n);
}
console.log(1);
test(2);
test(3,function(n){
console.log(n+1)
});
console.log(5)
// 結果
// 1
// 2
// 3
// 4
// 5
通過上面的代碼輸出的結果可以得出回調函數不一定屬於異步，一般同步會阻塞后面的代碼，通過輸出結果也就得出了這個結論。回調函數，一般在同步情境下是最后執行的，而在異步情境下有可能不執行，因為事件沒有被觸發或者條件不滿足。
回調函數應用場景
- 資源加載：動態加載js文件后執行回調，加載iframe后執行回調，ajax操作回調，圖片加載完成執行回調，AJAX等等。
- DOM事件及Node.js事件基於回調機制(Node.js回調可能會出現多層回調嵌套的問題)。
- setTimeout的延遲時間為0，這個hack經常被用到，settimeout調用的函數其實就是一個callback的體現
- 鏈式調用：鏈式調用的時候，在賦值器(setter)方法中(或者本身沒有返回值的方法中)很容易實現鏈式調用，而取值器(getter)相對來說不好實現鏈式調用，因為你需要取值器返回你需要的數據而不是this指針，如果要實現鏈式方法，可以用回調函數來實現。
- setTimeout、setInterval的函數調用得到其返回值。由於兩個函數都是異步的，即：調用時序和程序的主流程是相對獨立的，所以沒有辦法在主體里面等待它們的返回值，它們被打開的時候程序也不會停下來等待，否則也就失去了setTimeout及setInterval的意義了，所以用return已經沒有意義，只能使用callback。callback的意義在於將timer執行的結果通知給代理函數進行及時處理。
JavaScript中的那些異步操作
JavaScript既然有很多的輔助線程，不可能所有的工作都是通過主線程去做，既然分配給輔助線程去做事情。
XMLHttpRequest
XMLHttpRequest對象應該不是很陌生的，主要用於瀏覽器的數據請求與數據交互。XMLHttpRequest對象提供兩種請求數據的方式，一種是同步，一種是異步。可以通過參數進行配置。默認為異步。
對於XMLHttpRequest這里就不作太多的贅述了。
var xhr = new XMLHttpRequest();
xhr.open("GET", url, false); //同步方式請求
xhr.open("GET", url, true); //異步
xhr.send();
同步Ajax請求：
當請求開始發送時，瀏覽器事件線程通知主線程，讓Http線程發送數據請求，主線程收到請求之后，通知Http線程發送請求，Http線程收到主線程通知之后就去請求數據，等待服務器響應，過了N年之后，收到請求回來的數據，返回給主線程數據已經請求完成，主線程把結果返回給了瀏覽器事件線程，去完成后續操作。
異步Ajax請求：
當請求開始發送時，瀏覽器事件線程通知，瀏覽器事件線程通知主線程，讓Http線程發送數據請求，主線程收到請求之后，通知Http線程發送請求，Http線程收到主線程通知之后就去請求數據，並通知主線程請求已經發送，主進程通知瀏覽器事件線程已經去請求數據，則
瀏覽器事件線程，只需要等待結果，並不影響其他工作。
setInterval&setTimeout
setInterval與setTimeout同屬於異步方法，其異步是通過回調函數方式實現。其兩者的區別則setInterval會連續調用回調函數，則setTimeout會延時調用回調函數只會執行一次。
setInterval(() => {
alert(1)
},2000)
// 每隔2s彈出一次1
setTimeout(() => {
alert(2)
},2000)
// 進入頁面后2s彈出2，則不會再次彈出
requestAnimationFarme
requestAnimationFrame字面意思就是去請求動畫幀，在沒有API之前都是基於setInterval，與setInterval相比，requestAnimationFrame最大的優勢是由系統來決定回調函數的執行時機。具體一點講，如果屏幕刷新率是60Hz,那么回調函數就每16.7ms被執行一次，如果刷新率是75Hz，那么這個時間間隔就變成了1000/75=13.3ms，換句話說就是，requestAnimationFrame的步伐跟着系統的刷新步伐走。它能保證回調函數在屏幕每一次的刷新間隔中只被執行一次，這樣就不會引起丟幀現象，也不會導致動畫出現卡頓的問題。
舉個小例子：
var progress = 0;
//回調函數
function render() {
progress += 1; //修改圖像的位置
if (progress < 100) {
//在動畫沒有結束前，遞歸渲染
window.requestAnimationFrame(render);
}
}
//第一幀渲染
window.requestAnimationFrame(render);
Object.observe - 觀察者
Object.observe是一個提供數據監視的API，在chrome中已經可以使用。是ECMAScript 7 的一個提案規范，官方建議的是謹慎使用級別，但是個人認為這個API非常有用，例如可以對現在流行的MVVM框架作一些簡化和優化。雖然標准還沒定，但是標准往往是滯后於實現的，只要是有用的東西，肯定會有越來越多的人去使用，越來越多的引擎會支持，最終促使標准的生成。從observe字面意思就可以知道，這玩意兒就是用來做觀察者模式之類。
var obj = {a: 1};
Object.observe(obj, output);
obj.b = 2;
obj.a = 2;
Object.defineProperties(obj, {a: { enumerable: false}}); //修改屬性設定
delete obj.b;
function output(change) {
console.log(1)
}
Promise
Promise是對異步編程的一種抽象。它是一個代理對象，代表一個必須進行異步處理的函數返回的值或拋出的異常。也就是說Promise對象代表了一個異步操作，可以將異步對象和回調函數脫離開來，通過then方法在這個異步操作上面綁定回調函數。
在Promise中最直觀的例子就是Promise.all統一去請求，返回結果。
var p1 = Promise.resolve(3);
var p2 = 42;
var p3 = new Promise(function(resolve, reject) {
setTimeout(resolve, 100, 'foo');
});
Promise.all([p1, p2, p3]).then(function(values) {
console.log(values);
});
// expected output: Array [3, 42, "foo"]
Generator&Async/Await
ES6的Generator卻給異步操作又提供了新的思路，馬上就有人給出了如何用Generator來更加優雅的處理異步操作。Generator函數是協程在ES6的實現，最大特點就是可以交出函數的執行權（即暫停執行）。整個Generator函數就是一個封裝的異步任務，或者說是異步任務的容器。異步操作需要暫停的地方，都用yield語句注明。Generator函數的執行方法如下。
function * greneratorDome(){
yield "Hello";
yield "World";
return "Ending";
}
let grenDome = greneratorDome();
console.log(grenDome.next());
// {value: "Hello", done: false}
console.log(grenDome.next());
// {value: "World", done: false}
console.log(grenDome.next());
// {value: "Ending", done: true}
console.log(grenDome.next());
// {value: undefined, done: true}
粗略實現Generator
function makeIterator(array) {
var nextIndex = 0;
return {
next: function() {
return nextIndex < array.length ?
{value: array[nextIndex++], done: false} :
{value: undefined, done: true};
}
};
}
var it = makeIterator(['a', 'b']);
it.next() // { value: "a", done: false }
it.next() // { value: "b", done: false }
it.next() // { value: undefined, done: true }
Async/Await與Generator類似，Async/await是Javascript編寫異步程序的新方法。以往的異步方法無外乎回調函數和Promise。但是Async/await建立於Promise之上,個人理解是使用了Generator函數做了語法糖。async函數就是隧道盡頭的亮光，很多人認為它是異步操作的終極解決方案。
function a(){
return new Promise((resolve,reject) => {
console.log("a函數")
resolve("a函數")
})
}
function b (){
return new Promise((resolve,reject) => {
console.log("b函數")
resolve("b函數")
})
}
async function dome (){
let A = await a();
let B = await b();
return Promise.resolve([A,B]);
}
dome().then((res) => {
console.log(res);
});
Node.js異步I/O
當我們發起IO請求時，調用的是各個不同平台的操作系統內部實現的線程池內的線程。這里的IO請求可不僅僅是讀寫磁盤文件，在*nix中，將計算機抽象了一層，磁盤文件、硬件、套接字等幾乎所有計算機資源都被抽象為文件，常說的IO請求就是抽象后的文件。完成Node整個異步IO環節的有事件循環、觀察者、請求對象。
事件循環機制
單線程就意味着，所有任務需要排隊，前一個任務結束，才會執行后一個任務。如果前一個任務耗時很長，后一個任務就不得不一直等着。於是就有一個概念，任務隊列。如果排隊是因為計算量大，CPU忙不過來，倒也算了，但是很多時候CPU是閑着的，因為IO設備（輸入輸出設備）很慢（比如Ajax操作從網絡讀取數據），不得不等着結果出來，再往下執行。
事件循環是Node的自身執行模型，正是事件循環使得回調函數得以在Node中大量的使用。在進程啟動時Node會創建一個while(true)死循環，這個和Netty也是一樣的，每次執行循環體，都會完成一次Tick。每個Tick的過程就是查看是否有事件等待被處理。如果有，就取出事件及相關的回調函數，並執行關聯的回調函數。如果不再有事件處理就退出進程。
線程只會做一件事情，就是從事件隊列里面取事件、執行事件，再取事件、再事件。當消息隊列為空時，就會等待直到消息隊列變成非空。而且主線程只有在將當前的消息執行完成后，才會去取下一個消息。這種機制就叫做事件循環機制，取一個消息並執行的過程叫做一次循環。
while(true) {
var message = queue.get();
execute(message);
}
我們可以把整個事件循環想象成一個事件隊列，在進入事件隊列時開始對事件進行彈出操作，直至事件為0為止。
process.nextTick
process.nextTick()方法可以在當前"執行棧"的尾部-->下一次Event Loop（主線程讀取"任務隊列"）之前-->觸發process指定的回調函數。也就是說，它指定的任務總是發生在所有異步任務之前，當前主線程的末尾。（nextTick雖然也會異步執行，但是不會給其他io事件執行的任何機會）;
process.nextTick(function A() {
console.log(1);
process.nextTick(function B(){console.log(2);});
});
setTimeout(function C() {
console.log(3');
}, 0);
// 1
// 2
// 3
異步過程的構成要素
異步函數實際上很快就調用完成了，但是后面還有工作線程執行異步任務，通知主線程，主線程調用回調函數等很多步驟。我們把整個過程叫做異步過程，異步函數的調用在整個異步過程中只是一小部分。
一個異步過程的整個過程：主線程發一起一個異步請求，相應的工作線程接收請求並告知主線程已收到通知（異步函數返回）；主線程可以繼續執行后面的代碼，同時工作線程執行異步任務；工作線程完成工作后，通知主線程；主線程收到通知后，執行一定的動作（調用回調函數）。
它可以叫做異步過程的發起函數，或者叫做異步任務注冊函數。args是這個函數需要的參數，callbackFn（回調函數）也是這個函數的參數，但是它比較特殊所以單獨列出來。所以，從主線程的角度看，一個異步過程包括下面兩個要素：
- 發起函數;
- 回調函數callbackFn
它們都是主線程上調用的，其中注冊函數用來發起異步過程，回調函數用來處理結果。
舉個具體的栗子：
setTimeout(function,1000);
其中setTimeout就是異步過程的發起函數，function是回調函數。
注：前面說得形式A(args...,callbackFn)只是一種抽象的表示，並不代表回調函數一定要作為發起函數的參數，例如：
var xhr = new XMLHttpRequest();
xhr.onreadystatechange = xxx;
xhr.open('GET'， url);
xhr.send();
總結
JavaScript的異步編程模式不僅是一種趨勢，而且是一種必要，因此作為HTML5開發者是非常有必要掌握的。采用第三方的異步編程庫和異步同步化的方法，會讓代碼結構相對簡潔，便於維護，推薦開發人員掌握一二，提高團隊開發效率。