⑧JavaScript执行过程(下)

1 JavaScript执行过程

2.1 JavaScript引擎运行机制

 在前面几章中,已经初次渲染完浏览器的页面,接下来主要分析JS引擎的一些运行机制。

2.1.1 事件循环、任务队列

 事件循环与任务队列是JS中比较重要的两个概念,这两个概念在ES5和ES6两个标准中有不同的实现。

ES5:
事件循环:
所有同步任务都在主线程(JS引擎)上执行,形成一个执行栈(函数调用栈)(execution context stack);
主线程之外,还存在一个"任务队列"(task queue)。只要异步任务满足了条件, 有了运行结果,就在"任务队列"之中放置一个事件;
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;
主线程不断重复上面的第三步,这个过程也称为 Event Loop(事件循环)。

ES6:
 在ES3和更早的版本中,JavaScript本身还没有异步执行代码的能力,这也就意味着,宿主环境(浏览器/node)传递给JavaScript引擎一段代码,引擎就把代码直接顺次执行了,这个任务也就是宿主发起的任务,但是在ES5之后,JavaScript引入了Promise,这样,不需要浏览器/node的安排,JavaScript引擎本身也可以发起任务了;
 我们将宿主发起的任务称为宏观任务(macrotask),把JavaScript引擎发起的任务称为微观任务(microtask);
宏观任务:(主代码块,setTimeout()setInterval()等)
可以理解为每次执行栈执行的事件就是一个宏观任务(包括每次从事件队列中获取一个事件回调并放到执行栈中执行)
每一个宏观任务都会从头到尾将本身的事件执行完毕,不会执行其它,在执行期间产生的微观任务会被保存到微观任务队列。
HTML规范:event-loop-processing-model里叙述了一次事件循环的处理过程,JS引擎在处理了macroTask和microTask之后,会进行一次Update the rendering,其中细节比较多,总的来说会进行一次UI的重新渲染,在setTimeout()这些异步任务之前。

微观任务:(Promise()process.nextTick()等)
可以理解为在当前宏观任务执行结束后立即执行的任务,在下一次Event Loop(包括主线程读取"任务队列")之前,所以它的响应速度是要比异步任务更快的;

事件循环: ★
执行一个宏任务(栈中没有就从任务队列中获取);
执行过程中如果遇到微任务,就将它添加到微任务的任务队列中;
宏任务执行完毕后,立即执行当前微任务队列中的所有微任务(依次执行);
当前宏任务与微任务执行完毕,开始检查渲染,然后GUI线程接管渲染;
渲染完毕后,JS引擎线程继续接管,开始下一个宏任务(从任务队列中获取)。

例子:

var r = new Promise(function(resolve, reject) {
    console.log("a");
    resolve();
});
setTimeout(() => console.log("d"), 0);
setTimeout(function() {
    console.log("e");
}, 0);
r.then(() => console.log("c"));
console.log("b");

Promise()里面的函数和console.log("b");直接执行,两个setTimeout()会加入任务队列,而Promise.then()回调是一个异步的执行过程,是微观任务,会在Promise()里面的函数和console.log("b");之后执行,所以整个代码块运行结果为abcde。

Promiss:
Promise()是JavaScript语言提供的一种标准化的异步管理方式:

function sleep(duration) {
    return new Promise(function(resolve, reject) {
        console.log("b");
        setTimeout(resolve(), duration);
    })
}
console.log("a");
sleep(5000).then(() => console.log("c"));

 整个代码块运行结果为abc,resolve()对应Promise.then()回调。

2.1.2 异步任务

对于异步任务的学习,推荐《深入掌握 ECMAScript 6 异步编程》

开发中常见的异步操作有:
网络请求,如 ajax,request;
IO 操作,如 fs.readFile,DB的CRUD;
定时函数,如 setTimeout,setInterval;
事件监听。

回调函数:函数中的参数如果是另一个函数的话,那么这个作为参数的函数就是回调函数

function a(callback) { //4、找到函数a(),执行。     //11、第二次执行函数a()。
    console.log("我是parent函数a!"); //5、输出。                 //12、输出。
    console.log("调用回调函数"); //6、输出。                 //13、输出。
    callback(); //7、执行传递过来的函数b()。  //14、执行传递过来的函数c()。
}

function b() { //8、找到函数b()
    console.log("我是回调函数b"); //9、输出,完成函数a()回调函数b()的执行。
}

function c() { //15、找到函数c()。
    console.log("我是回调函数c"); //16、输出。
}

function test() { //2、找到函数test(),执行函数。
    a(b); //3、执行函数a(b)。
    a(c); //10、执行函数a(c)。
}
test(); //1、执行函数test()。

Generator 函数:该函数可以暂停执行,而且函数体内外可以数据交换,还可以使用try ... catch来处理错误

var fetch = require('node-fetch');

function* gen() {
    var url = 'https://api.github.com/users/github';
    var result = yield fetch(url);
    console.log(result.bio);
}

var g = gen();
var result = g.next();

result.value.then(function(data) {
    return data.json();
}).then(function(data) {
    g.next(data);
});

co 函数:Generator 函数只要传入 co 函数,就会自动执行,不需要写.next(),co 函数还可以返回一个 Promise 对象,因此可以用 then 方法添加回调函数

var fs = require('fs');

var readFile = function(fileName) {
    return new Promise(function(resolve, reject) {
        fs.readFile(fileName, function(error, data) {
            if (error) reject(error);
            resolve(data);
        });
    });
};

var gen = function*() {
    var f1 = yield readFile('/etc/fstab');
    var f2 = yield readFile('/etc/shells');
    console.log(f1.toString());
    console.log(f2.toString());
};
var co = require('co');
co(gen).then(function() {
    console.log('Generator 函数执行完成');
});

async 函数:把上面的例子写成 async 函数,其实async 函数就是将 Generator 函数的星号替换成 async,将 yield 替换成 await,仅此而已

var fs = require('fs');

var readFile = function(fileName) {
    return new Promise(function(resolve, reject) {
        fs.readFile(fileName, function(error, data) {
            if (error) reject(error);
            resolve(data);
        });
    });
};
var asyncReadFile = async function() {
    var f1 = await readFile('/etc/fstab');
    var f2 = await readFile('/etc/shells');
    console.log(f1.toString());
    console.log(f2.toString());
    console.log('async 函数执行完成');
};
asyncReadFile();

使用async 函数实现红绿灯:

<!DOCTYPE html>
<html>
    <head>
        <meta charset="utf-8">
        <title>红绿灯</title>
        <style>
            #traffic-light {
                margin:0 auto
                height: 50px;
                width: 50px;
                background: green;
                border-radius: 50%;
            }
        </style>
    </head>
    <body>
        <div id="traffic-light"></div>
        <script>
            function sleep(duration) {
                return new Promise(function(resolve) {
                    setTimeout(resolve, duration);
                })
            }
            async function changeColor(duration, color) {
                document.getElementById("traffic-light").style.background = color;
                await sleep(duration);
            }
            async function main() {
                while (true) {
                    await changeColor(3000, "green");
                    await changeColor(1000, "yellow");
                    await changeColor(2000, "red");
                }
            }
            main()
            </script>
    </body>
</html>

 自此,事件循环和宏微任务部分结束。

2.1.3 函数的执行过程

 函数是更细的执行粒度,一段代码块可能包含多个函数;


闭包的定义:如果一个函数使用了它范围外面的变量,那么这个函数+这个变量就叫做闭包。

var local = 1
function bar() {
    console.log(local);
}

 在JS中,函数等同于闭包,闭包是 JS 函数作用域的副产品。换句话说,正是由于 JS 的函数内部可以使用函数外部的变量,所以上面的代码正好符合了闭包的定义。
 闭包是一个模式,不单单是用来访问私有变量的。

2.1.3.1 执行上下文

JavaScript标准把一段代码(包括函数),执行所需的所有信息定义为:“执行上下文”:
执行上下文在ES3中,包含三个部分:
scope:作用域,也常常被叫做作用域链;
variable object:变量对象,用于存储变量的对象;
this value:this值。

在ES5中,我们改进了命名方式,把执行上下文最初的三个部分改为下面这个样子:
lexical environment:词法环境,当获取变量时使用;
variable environment:变量环境,当声明变量时使用;
this value:this值。

ES2018中,执行上下文又变成了这个样子,this值被归入lexical environment,但是增加了不少内容:
lexical environment:词法环境,当获取变量或者this值时使用;
variable environment:变量环境,当声明变量时使用;
code evaluation state:用于恢复代码执行位置;
Function:执行的任务是函数时使用,表示正在被执行的函数;
ScriptOrModule:执行的任务是脚本或者模块时使用,表示正在被执行的代码;
Realm:使用的基础库和内置对象实例;
Generator:仅生成器上下文有这个属性,表示当前生成器。

2.1.3.2 函数里不带var/let/const的变量

2.1.3.3 函数(函数体)

2.1.4 函数中语句的执行过程

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