js的单线程,异步及回调函数

最近本人对于js的运行机制,特别是异步,还有回调函数感觉很乱,于是参考了很多有用的博客(博客原文地址会在文末给出),整理如下:


js单线程

我们都知道,Javascript语言的执行环境是"单线程"(single thread)。也就是说,浏览器只分配给js一个主线程用来执行任务即函数,但是每次只能执行一个任务,只有等到当前任务执行完成后,才执行后面的任务,这些任务形成一个任务队列排队等候执行,这一点和我们日常的排队很像,譬如排队买奶茶,只有等到前面一个人买完奶茶付完钱,排在他后面的人才可以买奶茶。但是,当前面一个任务很耗时时,后面的任务就不得不等着,这时候整个程序的执行效率就会下降,就像我们平时遇到的浏览器无响应即页面假死往往是因为某段js代码长时间运行如死循环,导致页面卡死,后面的任务无法执行。

讲到js的单线程,就不得不来了解一下浏览器

浏览器多线程

浏览器主要线程

如图,浏览器是一个多线程的执行环境,在浏览器的内核中分配了多个线程,其中浏览器常驻三大线程: js引擎线程,GUI渲染线程,浏览器事件触发线程。最主要的线程之一即是js引擎的线程。由于这三个线程同时要访问DOM树,所以为了线程安全,浏览器内部需要做互斥即当JS引擎在执行代码的时候,界面渲染和事件响应两个线程是被暂停的。而所以当JS出现死循环,浏览器无法响应点击,也无法更新界面。

前面说到,前端会有一些任务十分耗时,而由于js是单线程使用会降低执行效率,这些耗时的任务如网络请求,定时器和事件监听。所以,浏览器为这些耗时任务开辟了另外的线程,主要包括http请求线程,浏览器定时触发器,浏览器事件触发线程,这些任务是异步的(见图)。(详细过程见此博文,博主讲得很好~ 个人建议必须看一看哦~)

任务队列

说回刚刚的js单线程,为了不让前面的耗时任务导致的问题出现,js的设计者把js的任务分为同步任务和异步任务。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。如我们刚刚所讲到的浏览器为网络请求开辟的http请求线程就是异步任务。

具体来说,异步执行的运行机制如下。(同步执行也是如此,因为它可以被视为没有异步任务的异步执行。)

(1)所有同步任务都在主线程上执行,形成一个[执行栈]。
(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。

(参考与阮一峰老师的博文JavaScript 运行机制详解:再谈Event Loop

回调函数

有了以上了解我们可以知道,主线程内的同步任务执行完毕后,就会执行排在任务队列第一位的异步任务,这个过程不断重复。

当主线程开始执行异步任务,实际就是执行对应的回调函数。

我们来看一下例子:

setTimeout(function(){
    console.log('Hello');
},10);

执行这段代码,浏览器异步执行计时操作(注意这里的浏览器模型定时计数器并不是由JavaScript引擎计数的),当10ms到了之后,就会触发定时事件,这时就会把其中的回调函数放到任务队列中,所以当主线程空闲时在任务队列中“读取”并且执行的就是回调函数。

异步任务必须指定回调函数。

Event Loop

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)。

图片来自Philip Roberts的演讲《Help, I'm stuck in an event-loop》

如图,WebAPIs就是js线程外部的api如我们刚刚所说浏览器为异步任务所开辟的线程。而任务队列就是callbackqueue,我们知道任务队列中其实就是各种异步任务的回调函数,从callbackqueue的直译“回调队列”也可看出。而heap堆和stack栈组成了js的主线程,当stack中的函数执行完成后,就会在callbackqueue中寻找下一个任务并把它推入栈,这个寻找的过程就叫event loop(事件循环)。


看了上面你是不是对js的运行机制有了了解呢~
我们把学会的知识来用一用:

js中的异步之定时器

说起js的异步,很多人第一反应是Ajax,但其实js中最基础的异步就是setTimeout/setInterval。(小伙伴可不要把定时器忘了哦:))

我们以setTimeout为例,setTimeout接受两个参数,第一个是回调函数,第二个是推迟执行的毫秒数。

我们看看例子:

setTimeout(function(){
  console.log(0);
},0)
 
console.log(1);
 
// 1
 
// 0

是不是以为打印的顺序是0,1?但大家注意哦,这时候浏览器打印的顺序是1,0。大家可能疑问了,setTimeout中设置的推迟执行的毫秒数是0呀,不就是立即执行的意思吗。大家还记得刚刚我们说了当有耗时任务时,会把它放在任务队列中等待主线程空闲然后再执行,实际在执行程序的时候,浏览器会默认setTimeout以及ajax请求这一类的方法都是耗时程序(尽管可能不耗时),也就是上面说过的浏览器会为其异步开辟线程。所以此时的setTimeout尽管它推迟时间为0,但是js不会立即执行,而是把它加入任务队列,当执行完执行栈的同步任务也就是打印1后,再执行setTimeout的回调函数,打印0。

总之,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,也就是说,尽可能早得执行。它在"任务队列"的尾部添加一个事件,因此要等到同步任务和"任务队列"现有的事件都处理完,才会得到执行。

所以注意的是,setTimeout()只是将事件插入了任务队列,必须等到当前代码(执行栈)执行完,主线程才会去执行它指定的回调函数。但如果当前任务十分耗时,需要等很久,所以并没有办法保证,回调函数一定会在setTimeout()指定的时间执行,比如说你指定10ms后执行,但是当前的任务执行了20ms,所以setTimeout的回调函数并不能在10ms后立即执行,可能要20ms后,如果setTimeout在任务队列中不是排第一位,可能还不止20ms。

js异步编程的方法

这个我还不是很懂~大家可以参考阮一峰老师的Javascript异步编程的4种方法

希望一包的文章可以帮到你们~


参考文章:

http://blog.csdn.net/qq_22855325/article/details/72958345(赞~)
https://www.cnblogs.com/woodyblog/p/6061671.html(重点参考这篇文章博主写得很好~)
http://blog.csdn.net/kfanning/article/details/5768776(赞~)
http://www.ruanyifeng.com/blog/2014/10/event-loop.html(阮一峰老师嘛~)
http://www.cnblogs.com/smght/p/4368399.html#3575993(赞~)

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