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这一次,彻底弄懂 JavaScript 执行机制

2017-11-23 15:51| 发布者: 炼数成金_小数| 查看: 22102| 评论: 0|原作者: ssssyoki|来自: 掘金

摘要: 不论你是javascript新手还是老鸟,不论是面试求职,还是日常开发工作,我们经常会遇到这样的情况:给定的几行代码,我们需要知道其输出内容和顺序。因为javascript是一门单线程语言,所以我们可以得出结论:javascri ...

Java HTML Hadoop 框架 培训 函数

不论你是Javascript新手还是老鸟,不论是面试求职,还是日常开发工作,我们经常会遇到这样的情况:给定的几行代码,我们需要知道其输出内容和顺序。因为javascript是一门单线程语言,所以我们可以得出结论:

javascript是按照语句出现的顺序执行的
看到这里读者要打人了:我难道不知道js是一行一行执行的?还用你说?稍安勿躁,正因为js是一行一行执行的,所以我们以为js都是这样的:
let a = '1';
console.log(a);

let b = '2';
console.log(b);
然而实际上js是这样的:
setTimeout(function(){
    console.log('定时器开始啦')
});

new Promise(function(resolve){
    console.log('马上执行for循环啦');
    for(var i = 0; i < 10000; i++){
        i == 99 && resolve();
    }
}).then(function(){
    console.log('执行then函数啦')
});

console.log('代码执行结束');
依照js是按照语句出现的顺序执行这个理念,我自信的写下输出结果:
//"定时器开始啦"
//"马上执行for循环啦"
//"执行then函数啦"
//"代码执行结束"去chrome上验证下,结果完全不对,瞬间懵了,说好的一行一行执行的呢?

我们真的要彻底弄明白javascript的执行机制了。
1.关于javascriptjavascript是一门单线程语言,在的HTML5中提出了Web-Worker,但javascript是单线程这一核心仍未改变。所以一切javascript版的"多线程"都是用单线程模拟出来的,一切javascript多线程都是纸老虎!
2.javascript事件循环既然js是单线程,那就像只有一个窗口的银行,客户需要排队一个一个办理业务,同理js任务也要一个一个顺序执行。如果一个任务耗时过长,那么后一个任务也必须等着。那么问题来了,假如我们想浏览新闻,但是新闻包含的超清图片加载很慢,难道我们的网页要一直卡着直到图片完全显示出来?因此聪明的程序员将任务分为两类:

同步任务
异步任务

当我们打开网站时,网页的渲染过程就是一大堆同步任务,比如页面骨架和页面元素的渲染。而像加载图片音乐之类占用资源大耗时久的任务,就是异步任务。关于这部分有严格的文字定义,但本文的目的是用最小的学习成本彻底弄懂执行机制,所以我们用导图来说明:

导图要表达的内容用文字来表述的话:
同步和异步任务分别进入不同的执行"场所",同步的进入主线程,异步的进入Event Table并注册函数。
当指定的事情完成时,Event Table会将这个函数移入Event Queue。
主线程内的任务执行完毕为空,会去Event Queue读取对应的函数,进入主线程执行。
上述过程会不断重复,也就是常说的Event Loop(事件循环)。

我们不禁要问了,那怎么知道主线程执行栈为空啊?js引擎存在monitoring process进程,会持续不断的检查主线程执行栈是否为空,一旦为空,就会去Event Queue那里检查是否有等待被调用的函数。
说了这么多文字,不如直接一段代码更直白:
let data = [];
$.ajax({
    url:www.javascript.com,
    data:data,
    success:() => {
        console.log('发送成功!');
    }
})
console.log('代码执行结束');上面是一段简易的ajax请求代码:

ajax进入Event Table,注册回调函数success。
执行console.log('代码执行结束')。
ajax事件完成,回调函数success进入Event Queue。
主线程从Event Queue读取回调函数success并执行。

相信通过上面的文字和代码,你已经对js的执行顺序有了初步了解。接下来我们来研究进阶话题:setTimeout。
3.又爱又恨的setTimeout大名鼎鼎的setTimeout无需再多言,大家对他的第一印象就是异步可以延时执行,我们经常这么实现延时3秒执行:
setTimeout(() => {
    console.log('延时3秒');
},3000)渐渐的setTimeout用的地方多了,问题也出现了,有时候明明写的延时3秒,实际却5,6秒才执行函数,这又咋回事啊?
先看一个例子:
setTimeout(() => {
    task();
},3000)
console.log('执行console');根据前面我们的结论,setTimeout是异步的,应该先执行console.log这个同步任务,所以我们的结论是:
//执行console
//task()去验证一下,结果正确!然后我们修改一下前面的代码:
setTimeout(() => {
    task()
},3000)

sleep(10000000)乍一看其实差不多嘛,但我们把这段代码在chrome执行一下,却发现控制台执行task()需要的时间远远超过3秒,说好的延时三秒,为啥现在需要这么长时间啊?

这时候我们需要重新理解setTimeout的定义。我们先说上述代码是怎么执行的:
task()进入Event Table并注册,计时开始。
执行sleep函数,很慢,非常慢,计时仍在继续。
3秒到了,计时事件timeout完成,task()进入Event Queue,但是sleep也太慢了吧,还没执行完,只好等着。
sleep终于执行完了,task()终于从Event Queue进入了主线程执行。

上述的流程走完,我们知道setTimeout这个函数,是经过指定时间后,把要执行的任务(本例中为task())加入到Event Queue中,又因为是单线程任务要一个一个执行,如果前面的任务需要的时间太久,那么只能等着,导致真正的延迟时间远远大于3秒。
我们还经常遇到setTimeout(fn,0)这样的代码,0秒后执行又是什么意思呢?是不是可以立即执行呢?

答案是不会的,setTimeout(fn,0)的含义是,指定某个任务在主线程最早可得的空闲时间执行,意思就是不用再等多少秒了,只要主线程执行栈内的同步任务全部执行完成,栈为空就马上执行。举例说明:
//代码1
console.log('先执行这里');
setTimeout(() => {
    console.log('执行啦')
},0);//代码2
console.log('先执行这里');
setTimeout(() => {
    console.log('执行啦')
},3000);代码1的输出结果是:
//先执行这里
//执行啦代码2的输出结果是:
//先执行这里
// ... 3s later
// 执行啦关于setTimeout要补充的是,即便主线程为空,0毫秒实际上也是达不到的。根据HTML的标准,较低是4毫秒。有兴趣的同学可以自行了解。

4.又恨又爱的setInterval上面说完了setTimeout,当然不能错过它的孪生兄弟setInterval。他俩差不多,只不过后者是循环的执行。对于执行顺序来说,setInterval会每隔指定的时间将注册的函数置入Event Queue,如果前面的任务耗时太久,那么同样需要等待。

需要注意的一点是,对于setInterval(fn,ms)来说,我们已经知道不是每过ms秒会执行一次fn,而是每过ms秒,会有fn进入Event Queue。一旦setInterval的回调函数fn执行时间超过了延迟时间ms,那么就完全看不出来有时间间隔了。这句话请读者仔细品味。

5.Promise与process.nextTick(callback)传统的定时器我们已经研究过了,接着我们探究Promise与process.nextTick(callback)的表现。
Promise的定义和功能本文不再赘述,不了解的读者可以学习一下阮一峰老师的Promise。而process.nextTick(callback)类似node.js版的"setTimeout",在事件循环的下一次循环中调用 callback 回调函数。

我们进入正题,除了广义的同步任务和异步任务,我们对任务有更精细的定义:
macro-task(宏任务):包括整体代码script,setTimeout,setInterval
micro-task(微任务):Promise,process.nextTick

不同类型的任务会进入对应的Event Queue,比如setTimeout和setInterval会进入相同的Event Queue。
事件循环的顺序,决定js代码的执行顺序。进入整体代码(宏任务)后,开始第一次循环。接着执行所有的微任务。然后再次从宏任务开始,找到其中一个任务队列执行完毕,再执行所有的微任务。听起来有点绕,我们用文章最开始的一段代码说明:
setTimeout(function() {
    console.log('setTimeout');
})

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

console.log('console');
这段代码作为宏任务,进入主线程。
先遇到setTimeout,那么将其回调函数注册后分发到宏任务Event Queue。(注册过程与上同,下文不再描述)
接下来遇到了Promise,new Promise立即执行,then函数分发到微任务Event Queue。
遇到console.log(),立即执行。

好啦,整体代码script作为第一个宏任务执行结束,看看有哪些微任务?我们发现了then在微任务Event Queue里面,执行。
ok,第一轮事件循环结束了,我们开始第二轮循环,当然要从宏任务Event Queue开始。我们发现了宏任务Event Queue中setTimeout对应的回调函数,立即执行。
结束。

事件循环,宏任务,微任务的关系如图所示:

我们来分析一段较复杂的代码,看看你是否真的掌握了js的执行机制:
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')
    })
})第一轮事件循环流程分析如下:

整体script作为第一个宏任务进入主线程,遇到console.log,输出1。
遇到setTimeout,其回调函数被分发到宏任务Event Queue中。我们暂且记为setTimeout1。
遇到process.nextTick(),其回调函数被分发到微任务Event Queue中。我们记为process1。
遇到Promise,new Promise直接执行,输出7。then被分发到微任务Event Queue中。我们记为then1。
又遇到了setTimeout,其回调函数被分发到宏任务Event Queue中,我们记为setTimeout2。

第二轮事件循环宏任务结束,我们发现有process2和then2两个微任务可以执行。
输出3。
输出5。
第二轮事件循环结束,第二轮输出2,4,3,5。
第三轮事件循环开始,此时只剩setTimeout2了,执行。
直接输出9。
将process.nextTick()分发到微任务Event Queue中。记为process3。
直接执行new Promise,输出11。
将then分发到微任务Event Queue中,记为then3。

第三轮事件循环宏任务执行结束,执行两个微任务process3和then3。
输出10。
输出12。
第三轮事件循环结束,第三轮输出9,11,10,12。

整段代码,共进行了三次事件循环,完整的输出为1,7,6,8,2,4,3,5,9,11,10,12。(请注意,node环境下的事件监听依赖libuv与前端环境不完全相同,输出顺序可能会有误差)

6.写在最后(1)js的异步我们从最开头就说javascript是一门单线程语言,不管是什么新框架新语法糖实现的所谓异步,其实都是用同步的方法去模拟的,牢牢把握住单线程这点非常重要。
(2)事件循环Event Loop事件循环是js实现异步的一种方法,也是js的执行机制。
(3)javascript的执行和运行执行和运行有很大的区别,javascript在不同的环境下,比如node,浏览器,Ringo等等,执行方式是不同的。而运行大多指javascript解析引擎,是统一的。
(4)setImmediate微任务和宏任务还有很多种类,比如setImmediate等等,执行都是有共同点的,有兴趣的同学可以自行了解。
(5)最后的最后
javascript是一门单线程语言
Event Loop是javascript的执行机制

牢牢把握两个基本点,以认真学习javascript为中心,早日实现成为前端高手的伟大梦想!

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