javaScript的執行機制-同步任務-異步任務-微任務-宏任務


一、概念理解

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。

2.多線程/單線程的簡單理解:

  多線程: 程序可以同一時間做幾件事。

  單線程: 程序同一時間只能做一件事。

3.JS為什么是單線程的?

JavaScript語言的一大特點就是單線程,也就是說,同一個時間只能做一件事。那么,為什么JavaScript不能有多個線程呢?這樣能提高效率啊。
  JavaScript的單線程,與它的用途有關。作為瀏覽器腳本語言,JavaScript的主要用途是與用戶互動,以及操作DOM。這決定了它只能是單線程,否則會帶來很復雜的同步問題。比如,假定JavaScript同時有兩個線程,一個線程在某個DOM節點上添加內容,另一個線程刪除了這個節點,這時瀏覽器應該以哪個線程為准?
  所以,為了避免復雜性,從一誕生,JavaScript就是單線程,這已經成了這門語言的核心特征,將來也不會改變。
  為了利用多核CPU的計算能力,HTML5提出Web Worker標准,允許JavaScript腳本創建多個線程,但是子線程完全受主線程控制,且不得操作DOM。所以,這個新標准並沒有改變JavaScript單線程的本質。

 4.JS為什么需要異步?

   如果JS中不存在異步,只能自上而下執行,如果上一行解析時間很長,那么下面的代碼就會被阻塞。 對於用戶而言,阻塞就意味着"卡死",這樣就導致了很差的用戶體驗。

 5.JS單線程又是如何實現異步的呢?

   既然JS是單線程的,只能在一條線程上執行,又是如何實現的異步呢?
  是通過的事件循環(event loop),理解了event loop機制,就理解了JS的執行機制。理解事件循環機制前,我們先來看看任務隊列。

 6.任務隊列

   "任務隊列"是一個事件的隊列(也可以理解成消息的隊列),IO設備完成一項任務,就在"任務隊列"中添加一個事件,表示相關的異步任務可以進入"執行棧"了。主線程讀取"任務隊列",就是讀取里面有哪些事件。
  "任務隊列"中的事件,除了IO設備的事件以外,還包括一些用戶產生的事件(比如鼠標點擊、頁面滾動等等)。只要指定過回調函數,這些事件發生時就會進入"任務隊列",等待主線程讀取。
  所謂"回調函數"(callback),就是那些會被主線程掛起來的代碼。異步任務必須指定回調函數,當主線程開始執行異步任務,就是執行對應的回調函數。
  "任務隊列"是一個先進先出的數據結構,排在前面的事件,優先被主線程讀取。主線程的讀取過程基本上是自動的,只要執行棧一清空,"任務隊列"上第一位的事件就自動進入主線程。但是,由於存在后文提到的"定時器"功能,主線程首先要檢查一下執行時間,某些事件只有到了規定的時間,才能返回主線程。
  讀取到一個異步任務,首先是將異步任務放進事件表格(Event table)中,當放進事件表格中的異步任務完成某種事情或者說達成某些條件(如setTimeout事件到了,鼠標點擊了,數據文件獲取到了)之后,才將這些異步任務推入事件隊列(Event Queue)中,這時候的異步任務才是執行棧中空閑的時候才能讀取到的異步任務。

 7.javascript的執行機制-->事件循環(Event Loop)

  主線程從"任務隊列"中讀取事件,這個過程是循環不斷的,所以整個的這種運行機制又稱為Event Loop(事件循環)。
  Event Loop是javascript的執行機制

 8.setTimeout(fn,0)

   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,也就是說,盡可能早得執行。它在"任務隊列"的尾部添加一個事件,因此要等到同步任務和"任務隊列"現有的事件都處理完,才會得到執行。
  HTML5標准規定了setTimeout()的第二個參數的最小值(最短間隔),不得低於4毫秒,如果低於這個值,就會自動增加。在此之前,老版本的瀏覽器都將最短間隔設為10毫秒。另外,對於那些DOM的變動(尤其是涉及頁面重新渲染的部分),通常不會立即執行,而是每16毫秒執行一次。這時使用requestAnimationFrame()的效果要好於setTimeout()。
  需要注意的是,setTimeout()只是將事件插入了"任務隊列",必須等到當前代碼(執行棧)執行完,主線程才會去執行它指定的回調函數。要是當前代碼耗時很長,有可能要等很久,所以並沒有辦法保證,回調函數一定會在setTimeout()指定的時間執行。

二、JavaScript的同步和異步

1.單線程的不足

  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, 簡單理解就是排好隊一個一個來。如果前一個任務耗時很長,后一個任務就不得不一直等着。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。

2.同步和異步解決單線程的不足

  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。於是,所有任務可以分成兩種,一種是同步任務(synchronous),另一種是異步任務(asynchronous)。同步任務指的是,在主線程上排隊執行的任務,只有前一個任務執行完畢,才能執行后一個任務;異步任務指的是,不進入主線程、而進入"任務隊列"(task queue)的任務,只有"任務隊列"通知主線程,某個異步任務可以執行了,該任務才會進入主線程執行。

 

 

  通過一個小例子來理解:

  下課后甲、乙、丙、小明、丁5個人一起到食堂排隊打飯,排好隊一個一個來。小明發現就他忘記帶飯卡了,為了不影響后邊的同學打飯,於是小明離開了隊伍,在一旁等同學把他的飯卡帶來,他再打飯。這里的排隊相當於js的執行棧,排隊打飯這件事就是同步。小明等同學送飯卡來這件事就是異步。通過飯卡划分了同步和異步。小明只有滿足了有飯卡這個條件,通知阿姨他有飯卡了。食堂阿姨優先給甲乙丙丁打飯,最后再給小明打飯。

  其實同步和異步,無論如何,做事情的時候都是只有一條流水線(單線程 [js就是單線程的,不會變]),同步和異步的差別就在於這條流水線上各個流程的執行順序不同,先執行同步任務,最后再來執行異步任務。

 

三、異步任務又分為宏任務和微任務

1.[宏任務:macro task]

        - 定時器
        - 事件綁定
        - ajax
        - 回調函數
        - Node中fs可以進行異步的I/O操作

 

2.[微任務:micro task]

        - Promise(async/await)  => Promise並不是完全的同步,在promise中是同步任務,執行resolve或者reject回調的時候,此時是異步操作,會先將then/catch等放到微任務隊列。當主棧完成后,才會再去調用resolve/reject方法執行
        - process.nextTick (node中實現的api,把當前任務放到主棧最后執行,當主棧執行完,先執行nextTick,再到等待隊列中找)
   - MutationObserver   (創建並返回一個新的 MutationObserver 它會在指定的DOM發生變化時被調用。)
 

  執行順序優先級:SYNC => MICRO => MACRO

  所有JS中的異步編程僅僅是根據某些機制來管控任務的執行順序,不存在同時執行兩個任務這一說法

 

 3.代碼演示驗證:

        console.log("同步任務1");

        function asyn(mac) {
            console.log("同步任務2");
            if (mac) {
                console.log(mac);

            }
            return new Promise((resolve, reject) => {
                console.log("Promise中的同步任務");
                resolve("Promise中回調的異步微任務")
            })
        }
        setTimeout(() => {
            console.log("異步任務中的宏任務");
            setTimeout(() => {
                console.log("定時器中的定時器(宏任務)");

            }, 0)
            asyn("定時器傳遞任務").then(res => {
                console.log('定時器中的:', res);
            })
        }, 0)
        asyn().then(res => {
            console.log(res);
        })
        console.log("同步任務3")

 

4.輸出結果:

 

 

5. 執行順序:

  先輸出“同步任務1”,往下遇到setTimeout異步宏任務,先放到宏任務隊列中掛起,往下遇到同步任務asyn(),執行asyn函數,輸出函數中的“同步任務2”,返回Promise,輸出“Promise中的同步任務”,遇到resolve()回調函數,.then函數塊屬於異步微任務,先放到微任務隊列中掛起,往下執行,輸出“同步任務3”,至此,同步任務執行結束,執行棧為空。先執行微任務隊列.then函數塊,輸出“Promise中回調的異步微任務”,此時微任務隊列為空。然后看下定時器模塊時間是否到了,到了就執行宏任務隊列,先輸出“異步任務中的宏任務”,遇到里層定時器,先放到宏任務隊列,往下執行,調用函數asyn,執行里面的同步任務,輸出“同步任務2”,在輸出“定時器傳遞的任務”,返回Promise,執行promise中的同步代碼,輸出“Promise中的同步任務”,遇到.then,先放到微任務隊列。此時,執行棧又為空。先執行微任務隊列,輸出 “定時器中的:Promise中回調的異步微任務”,此時微任務隊列為空。執行宏任務,輸出“定時器中的定時器(宏任務)”。程序執行完畢。



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