js 同步異步宏任務微任務文章分享

本文的目的就是要保證你徹底弄懂javascript的執行機制，如果讀完本文還不懂，可以揍我。

不論你是javascript新手還是老鳥，不論是面試求職，還是日常開發工作，我們經常會遇到這樣的情況：給定的幾行代碼，我們需要知道其輸出內容和順序。因為javascript是一門單線程語言，所以我們可以得出結論：

javascript是按照語句出現的順序執行的

看到這里讀者要打人了：我難道不知道js是一行一行執行的？還用你說？稍安勿躁，正因為js是一行一行執行的，所以我們以為js都是這樣的：

let a = '1'; console.log(a); let b = '2'; console.log(b);復制代碼

然而實際上js是這樣的：

setTimeout(function(){ console.log('定時器開始啦') }); new Promise(function(resolve){ console.log('馬上執行for循環啦'); for(var i = 0; i < 10000; i++){ i == 99 && resolve(); } }).then(function(){ console.log('執行then函數啦') }); console.log('代碼執行結束');復制代碼

依照js是按照語句出現的順序執行這個理念，我自信的寫下輸出結果：

//"定時器開始啦" //"馬上執行for循環啦" //"執行then函數啦" //"代碼執行結束"復制代碼

去chrome上驗證下，結果完全不對，瞬間懵了，說好的一行一行執行的呢？

我們真的要徹底弄明白javascript的執行機制了。

1.關於javascript

javascript是一門單線程語言，在最新的HTML5中提出了Web-Worker，但javascript是單線程這一核心仍未改變。所以一切javascript版的"多線程"都是用單線程模擬出來的，一切javascript多線程都是紙老虎！

2.javascript事件循環

既然js是單線程，那就像只有一個窗口的銀行，客戶需要排隊一個一個辦理業務，同理js任務也要一個一個順序執行。如果一個任務耗時過長，那么后一個任務也必須等着。那么問題來了，假如我們想瀏覽新聞，但是新聞包含的超清圖片加載很慢，難道我們的網頁要一直卡着直到圖片完全顯示出來？因此聰明的程序員將任務分為兩類：

同步任務
異步任務

當我們打開網站時，網頁的渲染過程就是一大堆同步任務，比如頁面骨架和頁面元素的渲染。而像加載圖片音樂之類占用資源大耗時久的任務，就是異步任務。關於這部分有嚴格的文字定義，但本文的目的是用最小的學習成本徹底弄懂執行機制，所以我們用導圖來說明：

導圖要表達的內容用文字來表述的話：

同步和異步任務分別進入不同的執行"場所"，同步的進入主線程，異步的進入Event Table並注冊函數。
當指定的事情完成時，Event Table會將這個函數移入Event Queue。
主線程內的任務執行完畢為空，會去Event Queue讀取對應的函數，進入主線程執行。
上述過程會不斷重復，也就是常說的Event Loop(事件循環)。

我們不禁要問了，那怎么知道主線程執行棧為空啊？js引擎存在monitoring process進程，會持續不斷的檢查主線程執行棧是否為空，一旦為空，就會去Event Queue那里檢查是否有等待被調用的函數。

說了這么多文字，不如直接一段代碼更直白：

let data = []; $.ajax({ url:www.javascript.com, data:data, success:() => { console.log('發送成功!'); } }) console.log('代碼執行結束');復制代碼

上面是一段簡易的ajax請求代碼：

ajax進入Event Table，注冊回調函數success。
執行console.log('代碼執行結束')。
ajax事件完成，回調函數success進入Event Queue。
主線程從Event Queue讀取回調函數success並執行。

相信通過上面的文字和代碼，你已經對js的執行順序有了初步了解。接下來我們來研究進階話題：setTimeout。

3.又愛又恨的setTimeout

大名鼎鼎的setTimeout無需再多言，大家對他的第一印象就是異步可以延時執行，我們經常這么實現延時3秒執行：

setTimeout(() => { console.log('延時3秒'); },3000)復制代碼

漸漸的setTimeout用的地方多了，問題也出現了，有時候明明寫的延時3秒，實際卻5，6秒才執行函數，這又咋回事啊？

先看一個例子：

setTimeout(() => { task(); },3000) console.log('執行console');復制代碼

根據前面我們的結論，setTimeout是異步的，應該先執行console.log這個同步任務，所以我們的結論是：

//執行console //task()復制代碼

去驗證一下，結果正確！
然后我們修改一下前面的代碼：

setTimeout(() => { task() },3000) sleep(10000000)復制代碼

乍一看其實差不多嘛，但我們把這段代碼在chrome執行一下，卻發現控制台執行task()需要的時間遠遠超過3秒，說好的延時三秒，為啥現在需要這么長時間啊？

這時候我們需要重新理解setTimeout的定義。我們先說上述代碼是怎么執行的：

task()進入Event Table並注冊,計時開始。
執行sleep函數，很慢，非常慢，計時仍在繼續。
3秒到了，計時事件timeout完成，task()進入Event Queue，但是sleep也太慢了吧，還沒執行完，只好等着。
sleep終於執行完了，task()終於從Event Queue進入了主線程執行。

上述的流程走完，我們知道setTimeout這個函數，是經過指定時間后，把要執行的任務(本例中為task())加入到Event Queue中，又因為是單線程任務要一個一個執行，如果前面的任務需要的時間太久，那么只能等着，導致真正的延遲時間遠遠大於3秒。

我們還經常遇到setTimeout(fn,0)這樣的代碼，0秒后執行又是什么意思呢？是不是可以立即執行呢？

答案是不會的，setTimeout(fn,0)的含義是，指定某個任務在主線程最早可得的空閑時間執行，意思就是不用再等多少秒了，只要主線程執行棧內的同步任務全部執行完成，棧為空就馬上執行。舉例說明：

//代碼1 console.log('先執行這里'); setTimeout(() => { console.log('執行啦') },0);復制代碼

//代碼2 console.log('先執行這里'); setTimeout(() => { console.log('執行啦') },3000);復制代碼

代碼1的輸出結果是：

//先執行這里 //執行啦復制代碼

代碼2的輸出結果是：

//先執行這里 // ... 3s later // 執行啦復制代碼

關於setTimeout要補充的是，即便主線程為空，0毫秒實際上也是達不到的。根據HTML的標准，最低是4毫秒。有興趣的同學可以自行了解。

4.又恨又愛的setInterval

上面說完了setTimeout，當然不能錯過它的孿生兄弟setInterval。他倆差不多，只不過后者是循環的執行。對於執行順序來說，setInterval會每隔指定的時間將注冊的函數置入Event Queue，如果前面的任務耗時太久，那么同樣需要等待。

唯一需要注意的一點是，對於setInterval(fn,ms)來說，我們已經知道不是每過ms秒會執行一次fn，而是每過ms秒，會有fn進入Event Queue。一旦setInterval的回調函數fn執行時間超過了延遲時間ms，那么就完全看不出來有時間間隔了。這句話請讀者仔細品味。

5.Promise與process.nextTick(callback)

傳統的定時器我們已經研究過了，接着我們探究Promise與process.nextTick(callback)的表現。

Promise的定義和功能本文不再贅述，不了解的讀者可以學習一下阮一峰老師的Promise。而process.nextTick(callback)類似node.js版的"setTimeout"，在事件循環的下一次循環中調用 callback 回調函數。

我們進入正題，除了廣義的同步任務和異步任務，我們對任務有更精細的定義：

macro-task(宏任務)：包括整體代碼script，setTimeout，setInterval
micro-task(微任務)：Promise，process.nextTick

不同類型的任務會進入對應的Event Queue，比如setTimeout和setInterval會進入相同的Event Queue。

事件循環的順序，決定js代碼的執行順序。進入整體代碼(宏任務)后，開始第一次循環。接着執行所有的微任務。然后再次從宏任務開始，找到其中一個任務隊列執行完畢，再執行所有的微任務。聽起來有點繞，我們用文章最開始的一段代碼說明：

setTimeout(function() { console.log('setTimeout'); }) new Promise(function(resolve) { console.log('promise'); }).then(function() { console.log('then'); }) console.log('console');復制代碼

這段代碼作為宏任務，進入主線程。
先遇到setTimeout，那么將其回調函數注冊后分發到宏任務Event Queue。(注冊過程與上同，下文不再描述)
接下來遇到了Promise，new Promise立即執行，then函數分發到微任務Event Queue。
遇到console.log()，立即執行。
好啦，整體代碼script作為第一個宏任務執行結束，看看有哪些微任務？我們發現了then在微任務Event Queue里面，執行。
ok，第一輪事件循環結束了，我們開始第二輪循環，當然要從宏任務Event Queue開始。我們發現了宏任務Event Queue中setTimeout對應的回調函數，立即執行。
結束。

事件循環，宏任務，微任務的關系如圖所示：

我們來分析一段較復雜的代碼，看看你是否真的掌握了js的執行機制：

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') }) })復制代碼

第一輪事件循環流程分析如下：

整體script作為第一個宏任務進入主線程，遇到console.log，輸出1。
遇到setTimeout，其回調函數被分發到宏任務Event Queue中。我們暫且記為setTimeout1。
遇到process.nextTick()，其回調函數被分發到微任務Event Queue中。我們記為process1。
遇到Promise，new Promise直接執行，輸出7。then被分發到微任務Event Queue中。我們記為then1。
又遇到了setTimeout，其回調函數被分發到宏任務Event Queue中，我們記為setTimeout2。

宏任務Event Queue	微任務Event Queue
setTimeout1	process1
setTimeout2	then1

上表是第一輪事件循環宏任務結束時各Event Queue的情況，此時已經輸出了1和7。
我們發現了process1和then1兩個微任務。
執行process1,輸出6。
執行then1，輸出8。

好了，第一輪事件循環正式結束，這一輪的結果是輸出1，7，6，8。那么第二輪時間循環從setTimeout1宏任務開始：

首先輸出2。接下來遇到了process.nextTick()，同樣將其分發到微任務Event Queue中，記為process2。new Promise立即執行輸出4，then也分發到微任務Event Queue中，記為then2。

宏任務Event Queue	微任務Event Queue
setTimeout2	process2
	then2

第二輪事件循環宏任務結束，我們發現有process2和then2兩個微任務可以執行。
輸出3。
輸出5。
第二輪事件循環結束，第二輪輸出2，4，3，5。
第三輪事件循環開始，此時只剩setTimeout2了，執行。
直接輸出9。
將process.nextTick()分發到微任務Event Queue中。記為process3。
直接執行new Promise，輸出11。
將then分發到微任務Event Queue中，記為then3。

宏任務Event Queue	微任務Event Queue
	process3
	then3

第三輪事件循環宏任務執行結束，執行兩個微任務process3和then3。
輸出10。
輸出12。
第三輪事件循環結束，第三輪輸出9，11，10，12。

整段代碼，共進行了三次事件循環，完整的輸出為1，7，6，8，2，4，3，5，9，11，10，12。
(請注意，node環境下的事件監聽依賴libuv與前端環境不完全相同，輸出順序可能會有誤差)

6.寫在最后

(1)js的異步

我們從最開頭就說javascript是一門單線程語言，不管是什么新框架新語法糖實現的所謂異步，其實都是用同步的方法去模擬的，牢牢把握住單線程這點非常重要。

(2)事件循環Event Loop

事件循環是js實現異步的一種方法，也是js的執行機制。

(3)javascript的執行和運行

執行和運行有很大的區別，javascript在不同的環境下，比如node，瀏覽器，Ringo等等，執行方式是不同的。而運行大多指javascript解析引擎，是統一的。

(4)setImmediate

微任務和宏任務還有很多種類，比如setImmediate等等，執行都是有共同點的，有興趣的同學可以自行了解。

(5)最后的最后

javascript是一門單線程語言
Event Loop是javascript的執行機制

牢牢把握兩個基本點，以認真學習javascript為中心，早日實現成為前端高手的偉大夢想！

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