JavaScript执行机制、Event Loop

一、运行机制

JavaScript是单线程运行机制。

为什么JavaScript是单线程?
单线程就是说,js在同一时间只做一件事。这要从JavaScript诞生说起,它最初是设计用来验证表单的网页脚本,并且在这么多年的发展中也一直是作为与用户和DOM交互的介质语言存在的,所以对用户来说,用户在一个网页上同时只会做一个操作。如果js是并发的,那么如果同时操作一个DOM,是会出现问题的。

二、工作者线程

(《js高程》第27章)
为了利用CPU多核计算能力,也为了将确实可以后台等待的事件放在后台执行,js提出了工作者线程的解决方案。
工作者线程是独立于主执行线程环境的一个子环境,它除了无法操作DOM等必须单线程操作的API,其他与主执行环境基本一致。
主线程只有一个,但是工作者线程可以有多个,并且每个工作线程与主线程都是相互独立的,每个线程可以并行执行脚本。

注意:创建一个新的工作者线程的开销比较大,所以不建议大量使用,通常一个工作者线程应该是长期运行的。

工作者线程主要分为:专用工作者线程、共享工作者线程和服务工作者线程。

三、执行时机

基本名词概念:

  • 同步任务:在主线程上排队执行的任务,按从上到下的顺序执行。
  • 异步任务:在任务队列中等待执行的任务,通常是一个回调函数。当任务队列通知主线程某个异步任务可以执行了,这个任务就会进入主线程中执行,任务队列是FIFO(first in first out)顺序执行的。当然,定时器(setTimeout、setInterval)是一个例外。所以其实同步任务也可以看做直接执行的异步任务。
  • 宏任务和微任务:异步任务又分为宏任务和微任务,浏览器在执行时,会先执行宏任务,再执行此宏任务产生的微任务,再执行下一个宏任务,如此次宏任务没有产生微任务,则会直接执行下一个宏任务。

常见宏任务:
主线程代码块
setTimeout
setInterval
setImmediate ()-Node
requestAnimationFrame ()-浏览器

常见微任务
process.nextTick ()-Node
Promise.then()
catch
finally
Object.observe
MutationObserver

在node环境下,process.nextTick的优先级高于Promise,可以简单理解为在宏任务结束后会先执行微任务队列中的nextTickQueue部分,然后才会执行微任务中的Promise部分

事件循环(Event Loop):主线程先执行完同步任务,然后从任务队列中读取任务并执行,一般来说,主线程执行异步任务就是执行回调函数。执行完成之后又从任务队列中读取下一个任务,这一个重复读取的过程叫做事件循环。

NodeJS的Event Loop
Node会先执行所有类型为 timers 的 MacroTask,然后执行所有的 MicroTask(NextTick例外)
进入 poll 阶段,执行几乎所有 MacroTask,然后执行所有的 MicroTask
再执行所有类型为 check 的 MacroTask,然后执行所有的 MicroTask
再执行所有类型为 close callbacks 的 MacroTask,然后执行所有的 MicroTask
至此,完成一个 Tick,回到 timers 阶段

  • 定时触发器(setTimeout和setInterval)是在单独的定时触发器线程中执行计时的,当达到触发条件之后,会将回调函数添加到异步队列中等待执行
  • http网络请求是在XMLHttpRequest链接后新开一个线程进行请求,在请求状态变化之后,相应得把回调放进异步线程等待执行

其他

setTimeout(fn, 0)

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。
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。要是当前代码耗时很长,有可能要等很久,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,换句话说,setTimeout是主程序执行完毕之后才开始计时

eg.
console.log(Date.parse(new Date()))
setTimeout(()=>{
  console.log(Date.parse(new Date()))
  console.log('setTimeout')
}, 0)
for (let i = 0; i<10000; i++){
  console.count('for')
}
console.log(Date.parse(new Date()))
console.log('endFor')

setImmediate()

与setTimeout(fn, 0)作用相似,但是执行会在setTimeout(fn, 0)之后,下面两个例子输出一模一样

setTimeout(()=>{
  console.log('setTimeout')
}, 0)
setImmediate(()=>{
    console.log('setImmediate')
})
console.log('hello world')
setImmediate(()=>{
    console.log('setImmediate')
})
setTimeout(()=>{
  console.log('setTimeout')
}, 0)
console.log('hello world')

输出

hello world
setTimeout
setImmediate

经典题目

请问以下代码输出是什么?

async function async1(){ 
  console.log('async1 start') 
  await async2() 
  console.log('async1 end') 
} 
async function async2(){ 
  console.log('async2') 
} 
console.log('script start') 
setTimeout(function(){ 
  console.log('setTimeout0')  
},0)   
setTimeout(function(){ 
  console.log('setTimeout3')
},3)   
setImmediate(() => console.log('setImmediate')); 
async1(); 
process.nextTick(() => console.log('nextTick')); 

new Promise(function(resolve){ 
  console.log('promise1') 
  resolve(); 
  console.log('promise2') 
}).then(function(){ 
  console.log('promise3') 
}) 
console.log('script end')

参考文章
阮一峰 JavaScript 运行机制详解:再谈Event Loop
带你彻底弄懂Event Loop
硬核JS」一次搞懂JS运行机制
《JavaScript高级程序设计(第四版)》

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