异步

异步

1.JavaScript单线程的理解

Javascript语言的执行环境是"单线程"（single thread）。所谓"单线程"，就是指一次只能完成一件任务。如果有多个任务，就必须排队，前面一个任务完成，再执行后面一个任务，以此类推。

2.JavaScript单线程的优缺点

单线程模式的好处是实现起来比较简单，执行环境相对单纯；
坏处是只要有一个任务耗时很长，后面的任务都必须排队等着，会拖延整个程序的执行。常见的浏览器无响应（假死），往往就是因为某一段Javascript代码长时间运行（比如死循环），导致整个页面卡在这个地方，其他任务无法执行。

3.为什么JavaScript只能是单线程

JS代码可以修改DOM结构，如果JS是多线程的，当不同JS线程可能同时修改DOM结构，JS设计成单线程可以避免DOM渲染冲突。Webwork支持多线程，但是不能访问DOM。

4.为什么GUI渲染线程与JS引擎线程是互斥的

由于JavaScript是可操纵DOM的，如果在修改这些元素属性同时渲染界面（即JS线程和UI线程同时运行），那么渲染线程前后获得的元素数据就可能不一致了。
因此为了防止渲染出现不可预期的结果，浏览器设置GUI渲染线程与JS引擎为互斥的关系，当JS引擎执行时GUI线程会被挂起， GUI更新则会被保存在一个队列中等到JS引擎线程空闲时立即被执行。
所以如果JS执行的时间过长，这样就会造成页面的渲染不连贯，导致页面渲染加载阻塞。

5.单线程的缺点解决方案——异步

Javascript语言将任务的执行模式分成两种：同步（Synchronous）和异步（Asynchronous）
"同步模式"就是上一段的模式，后一个任务等待前一个任务结束，然后再执行，程序的执行顺序与任务的排列顺序是一致的、同步的；
"异步模式"则完全不同，每一个任务有一个或多个回调函数（callback），前一个任务结束后，不是执行后一个任务，而是执行回调函数，后一个任务则是不等前一个任务结束就执行，所以程序的执行顺序与任务的排列顺序是不一致的、异步的。
"异步模式"非常重要。在浏览器端，耗时很长的操作都应该异步执行，避免浏览器失去响应，最好的例子就是Ajax操作。在服务器端，"异步模式"甚至是唯一的模式，因为执行环境是单线程的，如果允许同步执行所有http请求，服务器性能会急剧下降，很快就会失去响应。

6.Javascript作为一种单线程语言，是如何实现异步编程的呢？

相信不少人对Javascript单线程表示怀疑：为何单线程可以实现异步操作呢？其实Javascript确实是单线程的（我们不妨把这个线程称作主线程），但它实现异步操作的方式确实借助了浏览器的其他线程的帮助。那其他线程是怎么帮助Javascript主线程来实现异步的呢？答案就是任务队列（task queue）和事件循环（event loop）。

一、任务队列
首先，作为单线程语言，在Javascript中定义的任务都会在主线程中执行。但是并不是每个任务都会立刻执行，而这种不立刻执行的任务我们称作异步任务。相反，那些立刻执行的任务我们把它们称作同步任务。而这些异步任务都会交给浏览器的其他线程去执行，但是主线程需要了解这些异步任务执行的状态，才方便进行下一步操作。

打个比方，主线程准备做饭，所以下达一个异步任务去买菜，异步任务买完菜之后得告诉主线程：“我买完菜啦”，这个时候主线程才好开始做饭。

而我们知道因为Javascript是单线程，所以上述的“下一步操作”没法直接定义在主函数里（不然就被当做同步任务直接执行了），那这些应该定义在哪里呢？答案就是异步任务的回调函数中。在Javascript异步机制中，任务队列就是用来维护异步任务回调函数的队列。这样一个队列用来存放这些回调函数，它们会等到主线程执行完所有的同步函数之后按照先进先出的方式挨个执行。那么执行完任务队列之后呢？Javascript主线程就执行完毕了吗？当然不是，不然网页加载完毕之后，谁来处理后续与用户的交互事件（比如点击事件）呢？
二、事件循环
Javascript的异步机制:
执行同步任务 -> 检查任务队列中是否有任务 -> [有如果则执行] -> 检查任务队列中是否有任务 -> [有如果则执行] -> ......
可见主线程在执行完同步任务之后，会无限循环地去检查任务队列中是否有新的“任务”，如果有则执行。而这些任务包括我们在异步任务中定义的回调函数，也包括用户交互事件的回调函数。通过事件循环，Javascript不仅很好的处理了异步任务，也很好的完成了与用户交互事件的处理。因为在完成异步任务的回调函数之后，任务队列中的任务都是由事件所产生的，因此我们也把上述的循环过程叫做事件循环。

总而言之，Javascript单线程的背后有浏览器的其他线程为其完成异步服务，这些异步任务为了和主线程通信，通过将回调函数推入到任务队列等待执行。主线程所做的就是执行完同步任务后，通过事件循环，不断地检查并执行任务队列中回调函数。

7."异步模式"编程的4种方法

一、回调函数
这是异步编程最基本的方法。

假定有两个函数f1和f2，后者等待前者的执行结果。如果f1是一个很耗时的任务，可以考虑改写f1，把f2写成f1的回调函数。

function f1(callback){

　　　　setTimeout(function () {

　　　　　　// f1的任务代码

　　　　　　callback();

　　　　}, 1000);

　　}
//执行代码：

　　f1(f2);

采用这种方式，我们把同步操作变成了异步操作，f1不会堵塞程序运行，相当于先执行程序的主要逻辑，将耗时的操作推迟执行。

回调函数的优点是简单、容易理解和部署，缺点是不利于代码的阅读和维护，各个部分之间高度耦合（Coupling），流程会很混乱，而且每个任务只能指定一个回调函数。

二、事件监听
另一种思路是采用事件驱动模式。任务的执行不取决于代码的顺序，而取决于某个事件是否发生。

还是以f1和f2为例。首先，为f1绑定一个事件（这里采用的jQuery的写法）。

function f1(){

　　　　setTimeout(function () {

　　　　　　// f1的任务代码

f1.trigger('done');

　　　　}, 1000);

　　}


f1.on('done', f2);

这种方法的优点是比较容易理解，可以绑定多个事件，每个事件可以指定多个回调函数，而且可以"去耦合"（Decoupling），有利于实现模块化。缺点是整个程序都要变成事件驱动型，运行流程会变得很不清晰。
三、发布/订阅
上一节的"事件"，完全可以理解成"信号"。
我们假定，存在一个"信号中心"，某个任务执行完成，就向信号中心"发布"（publish）一个信号，其他任务可以向信号中心"订阅"（subscribe）这个信号，从而知道什么时候自己可以开始执行。这就叫做"发布/订阅模式"（publish-subscribe pattern），又称"观察者模式"（observer pattern）。
这个模式有多种实现，下面采用的是Ben Alman的Tiny Pub/Sub，这是jQuery的一个插件。
首先，f2向"信号中心"jQuery订阅"done"信号。

jQuery.subscribe("done", f2);

function f1(){

　　　　setTimeout(function () {

　　　　　　// f1的任务代码

jQuery.publish("done");

　　　　}, 1000);

　　}

jQuery.publish("done")的意思是，f1执行完成后，向"信号中心"jQuery发布"done"信号，从而引发f2的执行。
此外，f2完成执行后，也可以取消订阅（unsubscribe）。　　

jQuery.unsubscribe("done", f2);

这种方法的性质与"事件监听"类似，但是明显优于后者。因为我们可以通过查看"消息中心"，了解存在多少信号、每个信号有多少订阅者，从而监控程序的运行。
四、Promises对象
Promises对象是CommonJS工作组提出的一种规范，目的是为异步编程提供统一接口。
简单说，它的思想是，每一个异步任务返回一个Promise对象，该对象有一个then方法，允许指定回调函数。比如，f1的回调函数f2,可以写成：

f1().then(f2);

f1要进行如下改写（这里使用的是jQuery的实现）：

function f1(){
　　　　var dfd = $.Deferred();
　　　　setTimeout(function () {
　　　　　　// f1的任务代码
　　　　　　dfd.resolve();
　　　　}, 500);
       return dfd.promise;
　　}

这样写的优点在于，回调函数变成了链式写法，程序的流程可以看得很清楚，而且有一整套的配套方法，可以实现许多强大的功能。
比如，指定多个回调函数：

　f1().then(f2).then(f3);

再比如，指定发生错误时的回调函数：

f1().then(f2).fail(f3);

而且，它还有一个前面三种方法都没有的好处：如果一个任务已经完成，再添加回调函数，该回调函数会立即执行。所以，你不用担心是否错过了某个事件或信号。这种方法的缺点就是编写和理解，都相对比较难。

8.浏览器内核（渲染进程）

浏览器是多进程的
浏览器之所以能够运行，是因为系统给它的进程分配了资源（cpu、内存）
简单点理解，每打开一个Tab页，就相当于创建了一个独立的浏览器进程（渲染进程）。

浏览器的渲染进程是多线程的，页面的渲染，JS的执行，事件的循环，都在这个进程内进行。
渲染进程包含了哪些线程（列举一些主要常驻线程）：
1.GUI渲染线程
负责渲染浏览器界面，解析HTML，CSS，构建DOM树和RenderObject树，布局和绘制等。
当界面需要重绘（Repaint）或由于某种操作引发回流(reflow)时，该线程就会执行
注意，GUI渲染线程与JS引擎线程是互斥的，当JS引擎执行时GUI线程会被挂起（相当于被冻结了），GUI更新会被保存在一个队列中等到JS引擎空闲时立即被执行。
2.JS引擎线程
也称为JS内核，负责处理Javascript脚本程序。（例如V8引擎）
JS引擎线程负责解析Javascript脚本，运行代码。
JS引擎一直等待着任务队列中任务的到来，然后加以处理，浏览器无论什么时候都只有一个JS线程在运行JS程序
同样注意，GUI渲染线程与JS引擎线程是互斥的，所以如果JS执行的时间过长，这样就会造成页面的渲染不连贯，导致页面渲染加载阻塞。
3.事件触发线程
归属于浏览器而不是JS引擎，用来控制事件循环（可以理解，JS引擎自己都忙不过来，需要浏览器另开线程协助）
当JS引擎执行代码块如setTimeOut时（也可来自浏览器内核的其他线程,如鼠标点击、AJAX异步请求等），会将对应任务添加到事件线程中
当对应的事件符合触发条件被触发时，该线程会把事件添加到待处理队列的队尾，等待JS引擎的处理
注意，由于JS的单线程关系，所以这些待处理队列中的事件都得排队等待JS引擎处理（当JS引擎空闲时才会去执行）
4.定时触发器线程
传说中的setInternal与setTimeout所在线程
浏览器定时计数器并不是由JavaScript引擎计数的,（因为JavaScript引擎是单线程的, 如果处于阻塞线程状态就会影响记计时的准确）
因此通过单独线程来计时并触发定时（计时完毕后，添加到事件队列中，等待JS引擎空闲后执行）
注意，W3C在HTML标准中规定，规定要求setTimeout中低于4ms的时间间隔算为4ms。
5.异步http请求线程
在XMLHttpRequest在连接后是通过浏览器新开一个线程请求
将检测到状态变更时，如果设置有回调函数，异步线程就产生状态变更事件，将这个回调再放入事件队列中。再由JavaScript引擎执行。

参考资料
1.JS异步编程异步编程的方法和原理