深入浅出JavaScript运行机制

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一、引子

本文介绍JavaScript运行机制,这一部分比较抽象,我们先从一道面试题入手:

console.log(1);
setTimeout(function(){
console.log(3);
},0);
console.log(2);
请问数字打印顺序是什么?

这一题看似很简单,但如果你不了解JavaScript运行机制,很容易就答错了。题目的答案是依次输出1 2 3,如果你有疑惑,下文有详细解释。

二、理解JS的单线程的概念

JavaScript语言的一大特点就是单线程,也就是说,同一个时间只能做一件事。那么,为什么JavaScript不能有多个线程呢?这样能提高效率啊。
JavaScript的单线程,与它的用途有关。作为浏览器脚本语言,JavaScript的主要用途是与用户互动,以及操作DOM。这决定了它只能是单线程,否则会带来很复杂的同步问题。比如,假定JavaScript同时有两个线程,一个线程在某个DOM节点上添加内容,另一个线程删除了这个节点,这时浏览器应该以哪个线程为准?
所以,为了避免复杂性,从一诞生,JavaScript就是单线程,这已经成了这门语言的核心特征,将来也不会改变。

三、理解任务队列(消息队列)

单线程就意味着,所有任务需要排队,前一个任务结束,才会执行后一个任务。如果前一个任务耗时很长,后一个任务就不得不一直等着。JavaScript语言的设计者意识到这个问题,将所有任务分成两种,一种是同步任务(synchronous),另一种是异步任务(asynchronous)。同步任务指的是,在主线程上排队执行的任务,只有前一个任务执行完毕,才能执行后一个任务;异步任务指的是,不进入主线程、而进入"任务队列"(task queue)的任务,只有"任务队列"通知主线程,某个异步任务可以执行了,该任务才会进入主线程执行。异步任务包括宏任务和微任务(后面会重点介绍),接下来我们通过两个例子说明同步任务和异步任务的区别:

console.log("A");
while(true){ }
console.log("B");
请问最后的输出结果是什么?

如果你的回答是A,恭喜你答对了,因为这是同步任务,程序由上到下执行,遇到while()死循环,下面语句就没办法执行。

console.log("A");
setTimeout(function(){
console.log("B");
},0);
while(true){}
请问最后的输出结果是什么?

如果你的答案是A,恭喜你现在对js运行机制已经有个粗浅的认识了!题目中的setTimeout()就是个异步任务。在所有同步任务执行完之前,任何的异步任务是不会执行的,关于这点下文还会详细说明。

四、理解Event Loop

异步执行的运行机制如下:

  1. 所有同步任务都在主线程上执行,形成一个执行栈(execution context stack)。
  2. 主线程之外,还存在一个"任务队列"(task queue)。只要异步任务有了运行结果,就在"任务队列"之中放置一个事件。
  3. 一旦"执行栈"中的所有同步任务执行完毕,系统就会读取"任务队列",看看里面有哪些事件。那些对应的异步任务,于是结束等待状态,进入执行栈,开始执行。
  4. 主线程不断重复上面的第三步。

主线程从"任务队列"中读取事件,这个过程是循环不断的,所以整个的这种运行机制又称为Event Loop(事件循环)。只要主线程空了,就会去读取"任务队列",这就是JavaScript的运行机制。这个过程会循环反复。以下这张图可以很好说明这点。
image

五、哪些语句会放入异步任务队列及放入时机

一般来说,有以下四种会放入异步任务队列:

  1. setTimeout和setlnterval
  2. DOM事件
  3. ES6中的Promise
  4. Ajax异步请求

javascript 代码运行分两个阶段

1、预解析---把所有的函数定义提前,所有的变量声明提前,变量的赋值不提前

2、执行---从上到下执行(按照js运行机制)

至于放入异步任务队列的时机,我们通过 setTimeout的例子和Ajax例子来详细说明:

例题1
for (var i = 0; i < 5; i++) {
setTimeout(function() {  
 console.log(i);  
  }, 1000);
}
请问最后的输出结果是什么?

for循环一次碰到一个 setTimeout(),并不是马上把setTimeout()拿到异步队列中,而要等到一秒后,才将其放到任务队列里面,一旦"执行栈"中的所有同步任务执行完毕(即for循环结束,此时i已经为5),系统就会读取已经存放"任务队列"的setTimeout()(有五个),于是答案是输出5个5。

上面也提到,在到达指定时间时,定时器就会将相应回调函数插入“任务队列”尾部。这就是“定时器(timer)”功能

关于定时器的重要补充

定时器包括setTimeout与 setInterval 两个方法。它们的第二个参数是指定其回调函数推迟/每隔多少毫秒数后执行。

对于第二个参数有以下需要注意的地方:

当第二个参数缺省时,默认为 0;

当指定的值小于 4 毫秒,则增加到 4ms(4ms 是 HTML5 标准指定的,对于 2010 年及之前的浏览器则是 10ms);也就是说至少需要4毫秒,该setTimeout()拿到任务队列中。

例题2
$.ajax({
url:“xxxxx",
success:function (result){
console.log("a")
   }
})
setTimeout(function (){
console.log("b")
},100)
setTimeout(function (){
console.log("c")
})
console.log("d");

Event Loop

ajax加载完成时才会放入异步队列,至于这段时间不确定,所有有两种情况:①大于100ms,最后的结果是 d c b a ;②小于100ms,最后的结果便是d c a b。

六、微任务(Microtask)与宏任务(Macrotask)

我们上面提到异步任务分为宏任务和微任务,宏任务队列可以有多个,微任务队列只有一个

  • 宏任务包括:script(全局任务), setTimeout, setInterval, setImmediate, I/O, UI rendering。
  • 微任务包括: new Promise().then(回调), process.nextTick, Object.observe(已废弃), MutationObserver(html5新特性)

当执行栈中的所有同步任务执行完毕时,是先执行宏任务还是微任务呢?

  • 由于执行代码入口都是全局任务 script,而全局任务属于宏任务,所以当栈为空,同步任务任务执行完毕时,会先执行微任务队列里的任务。
  • 微任务队列里的任务全部执行完毕后,会读取宏任务队列中拍最前的任务。
  • 执行宏任务的过程中,遇到微任务,依次加入微任务队列。
  • 栈空后,再次读取微任务队列里的任务,依次类推。

一句话概括上面的流程图:当某个宏任务队列的中的任务全部执行完以后,会查看是否有微任务队列。如果有,先执行微任务队列中的所有任务,如果没有,就查看是否有其他宏任务队列

接下来我们看两道例子来介绍上面流程:

Promise.resolve().then(()=>{
  console.log('Promise1')  
  setTimeout(()=>{
    console.log('setTimeout2')
  },0)
})
setTimeout(()=>{
  console.log('setTimeout1')
  Promise.resolve().then(()=>{
    console.log('Promise2')    
  })
},0)

最后输出结果是Promise1,setTimeout1,Promise2,setTimeout2

  • 一开始执行栈的同步任务执行完毕,会去查看是否有微任务队列,上题中存在(有且只有一个),然后执行微任务队列中的所有任务输出Promise1,同时会生成一个宏任务 setTimeout2
  • 然后去查看宏任务队列,宏任务 setTimeout1 在 setTimeout2 之前,先执行宏任务 setTimeout1,输出 setTimeout1
  • 在执行宏任务setTimeout1时会生成微任务Promise2 ,放入微任务队列中,接着先去清空微任务队列中的所有任务,输出 Promise2
  • 清空完微任务队列中的所有任务后,就又会去宏任务队列取一个,这回执行的是 setTimeout2
console.log('----------------- start -----------------');
setTimeout(() => {
  console.log('setTimeout');
}, 0)
new Promise((resolve, reject) =>{
  for (var i = 0; i < 5; i++) {
    console.log(i);
  }
  resolve();  // 修改promise实例对象的状态为成功的状态
}).then(() => {
  console.log('promise实例成功回调执行');
})
console.log('----------------- end -----------------');

七、题外话

如果要输出0~4,上面例题应该如何修改?

  1. 将var变为let
for (let i = 0; i < 5; i++) {
setTimeout(function() {  
  console.log(i);
  }, 1000);
}

2.加个立即执行函数

for (var i = 0; i < 5; i++) {
(function(i){
setTimeout(function() {  
  console.log(i);
  }, 1000);
})(i)
}

3.也可以通过这样加闭包

for(var i = 1;i < 5;i++){  
  var a = function(){  
      var j = i;    
    setTimeout(function(){  
          console.log(j);  
      },1000)  
  }    
a();
}

文章于2018.11.15重新修改,如果觉得文章对你有些许帮助,欢迎在我的GitHub博客点赞和关注,感激不尽!

八、参考资料

JavaScript 运行机制详解:再谈Event Loop

关于JavaScript单线程的一些事

JS事件循环机制(event loop)之宏任务/微任务

前端基础进阶(十二):深入核心,详解事件循环机制

事件循环机制的那些事


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leexiaoran · 10月29日

老哥 产量有点高呀

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0

都是之前写的

浪里行舟 作者 · 10月29日
Pinocchio · 10月29日

定时器的那个例子 i 是全局变量,前面赋值的 i 被后面赋值的 i 污染了吧。我是新手,如有错误的地方还请指出。

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0

没错啊

浪里行舟 作者 · 10月29日
0

感谢,受教了。

Pinocchio · 10月29日
小纯纯 · 10月31日
所有同步任务都在主线程上执行,形成一个执行栈。

请问这里的栈为什么不是后进先出的?

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0

好难回答你这个问题,我个人觉得研究放入异步任务队列的时机可能比较有意义,面试会被问到

浪里行舟 作者 · 10月31日
Time_s · 11月6日

当初不懂的时候, 在网上苦苦寻找, 但是找不到类似的文章. 搜遍整个网络, 现在懂得差不多了, 又让推送给我这篇文章. 我只想说: 大哥, 你应该再早点发布的.

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0

@Time_s 谢谢认可,掘金上很早就发了

浪里行舟 作者 · 11月6日
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