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這一次,徹底弄懂 JavaScript 執行機制

dreambei / 1129人閱讀

摘要:事件完成,回調函數進入。主線程從讀取回調函數并執行。終于執行完了,終于從進入了主線程執行。遇到,立即執行。宏任務微任務第三輪事件循環宏任務執行結束,執行兩個微任務和。事件循環事件循環是實現異步的一種方法,也是的執行機制。

本文的目的就是要保證你徹底弄懂javascript的執行機制,如果讀完本文還不懂,可以揍我。
不論你是javascript新手還是老鳥,不論是面試求職,還是日常開發工作,我們經常會遇到這樣的情況:給定的幾行代碼,我們需要知道其輸出內容和順序。因為javascript是一門單線程語言,所以我們可以得出結論:

javascript是按照語句出現的順序執行的

看到這里讀者要打人了:我難道不知道js是一行一行執行的?還用你說?稍安勿躁,正因為js是一行一行執行的,所以我們以為js都是這樣的:

    let a = "1";
    console.log(a);
    
    let b = "2";
    console.log(b);

然而實際上js是這樣的:

setTimeout(function(){
    console.log("定時器開始啦")
});

new Promise(function(resolve){
    console.log("馬上執行for循環啦");
    for(var i = 0; i < 10000; i++){
        i == 99 && resolve();
    }
}).then(function(){
    console.log("執行then函數啦")
});

console.log("代碼執行結束");

依照js是按照語句出現的順序執行這個理念,我自信的寫下輸出結果:

//"定時器開始啦"
//"馬上執行for循環啦"
//"執行then函數啦"
//"代碼執行結束"

去chrome上驗證下,結果完全不對,瞬間懵了,說好的一行一行執行的呢?

我們真的要徹底弄明白javascript的執行機制了。

1.關于javascript

javascript是一門 單線程 語言,在最新的HTML5中提出了Web-Worker,但javascript是單線程這一核心仍未改變。所以一切javascript版的"多線程"都是用單線程模擬出來的,一切javascript多線程都是紙老虎!

2.javascript事件循環

既然js是單線程,那就像只有一個窗口的銀行,客戶需要排隊一個一個辦理業務,同理js任務也要一個一個順序執行。如果一個任務耗時過長,那么后一個任務也必須等著。那么問題來了,假如我們想瀏覽新聞,但是新聞包含的超清圖片加載很慢,難道我們的網頁要一直卡著直到圖片完全顯示出來?因此聰明的程序員將任務分為兩類:

同步任務

異步任務

當我們打開網站時,網頁的渲染過程就是一大堆同步任務,比如頁面骨架和頁面元素的渲染。而像加載圖片音樂之類占用資源大耗時久的任務,就是異步任務。關于這部分有嚴格的文字定義,但本文的目的是用最小的學習成本徹底弄懂執行機制,所以我們用導圖來說明:

導圖要表達的內容用文字來表述的話:

同步和異步任務分別進入不同的執行"場所",同步的進入主線程,異步的進入Event Table并注冊函數。

當指定的事情完成時,Event Table會將這個函數移入Event Queue。

主線程內的任務執行完畢為空,會去Event Queue讀取對應的函數,進入主線程執行。

上述過程會不斷重復,也就是常說的Event Loop(事件循環)。

我們不禁要問了,那怎么知道主線程執行棧為空啊?js引擎存在monitoring process進程,會持續不斷的檢查主線程執行棧是否為空,一旦為空,就會去Event Queue那里檢查是否有等待被調用的函數。
說了這么多文字,不如直接一段代碼更直白:

let data = [];
$.ajax({
    url:www.javascript.com,
    data:data,
    success:() => {
        console.log("發送成功!");
    }
})
console.log("代碼執行結束");

上面是一段簡易的ajax請求代碼:

ajax進入Event Table,注冊回調函數success。

執行console.log("代碼執行結束")。

ajax事件完成,回調函數success進入Event Queue。

主線程從Event Queue讀取回調函數success并執行。

相信通過上面的文字和代碼,你已經對js的執行順序有了初步了解。接下來我們來研究進階話題:setTimeout。

3.又愛又恨的setTimeout

大名鼎鼎的setTimeout無需再多言,大家對他的第一印象就是異步可以延時執行,我們經常這么實現延時3秒執行:

setTimeout(() => {
    console.log("延時3秒");
},3000)

漸漸的setTimeout用的地方多了,問題也出現了,有時候明明寫的延時3秒,實際卻5,6秒才執行函數,這又咋回事啊?
先看一個例子:

setTimeout(() => {
    task();
},3000)
console.log("執行console");

根據前面我們的結論,setTimeout是異步的,應該先執行console.log這個同步任務,所以我們的結論是:

//執行console
//task()

去驗證一下,結果正確!然后我們修改一下前面的代碼:

setTimeout(() => {
    task()
},3000)

sleep(10000000)

乍一看其實差不多嘛,但我們把這段代碼在chrome執行一下,卻發現控制臺執行task()需要的時間遠遠超過3秒,說好的延時三秒,為啥現在需要這么長時間啊?
這時候我們需要重新理解setTimeout的定義。我們先說上述代碼是怎么執行的:

task()進入Event Table并注冊,計時開始。

執行sleep函數,很慢,非常慢,計時仍在繼續。

3秒到了,計時事件timeout完成,task()進入Event Queue,但是sleep也太慢了吧,還沒執行完,只好等著。

sleep終于執行完了,task()終于從Event Queue進入了主線程執行。

上述的流程走完,我們知道setTimeout這個函數,是經過指定時間后,把要執行的任務(本例中為task())加入到Event Queue中,又因為是單線程任務要一個一個執行,如果前面的任務需要的時間太久,那么只能等著,導致真正的延遲時間遠遠大于3秒。
我們還經常遇到setTimeout(fn,0)這樣的代碼,0秒后執行又是什么意思呢?是不是可以立即執行呢?
答案是不會的,setTimeout(fn,0)的含義是,指定某個任務在主線程最早可得的空閑時間執行,意思就是不用再等多少秒了,只要主線程執行棧內的同步任務全部執行完成,棧為空就馬上執行。舉例說明:

//代碼1
console.log("先執行這里");
setTimeout(() => {
    console.log("執行啦")
},0);
//代碼2
console.log("先執行這里");
setTimeout(() => {
    console.log("執行啦")
},3000);

代碼1的輸出結果是:

//先執行這里
//執行啦

代碼2的輸出結果是:

//先執行這里
// ... 3s later
// 執行啦

關于setTimeout要補充的是,即便主線程為空,0毫秒實際上也是達不到的。根據HTML的標準,最低是4毫秒。有興趣的同學可以自行了解。

4.又恨又愛的setInterval

上面說完了setTimeout,當然不能錯過它的孿生兄弟setInterval。他倆差不多,只不過后者是循環的執行。對于執行順序來說,setInterval會每隔指定的時間將注冊的函數置入Event Queue,如果前面的任務耗時太久,那么同樣需要等待。
唯一需要注意的一點是,對于setInterval(fn,ms)來說,我們已經知道不是每過ms秒會執行一次fn,而是每過ms秒,會有fn進入Event Queue。一旦setInterval的回調函數fn執行時間超過了延遲時間ms,那么就完全看不出來有時間間隔了。這句話請讀者仔細品味。

5.Promise與process.nextTick(callback)

傳統的定時器我們已經研究過了,接著我們探究Promise與process.nextTick(callback)的表現。
Promise的定義和功能本文不再贅述,不了解的讀者可以學習一下阮一峰老師的Promise。而process.nextTick(callback)類似node.js版的"setTimeout",在事件循環的下一次循環中調用 callback 回調函數。
我們進入正題,除了廣義的同步任務和異步任務,我們對任務有更精細的定義:

macro-task(宏任務):包括整體代碼script,setTimeout,setInterval

micro-task(微任務):Promise,process.nextTick

不同類型的任務會進入對應的Event Queue,比如setTimeoutsetInterval會進入相同的Event Queue。
事件循環的順序,決定js代碼的執行順序。進入整體代碼(宏任務)后,開始第一次循環。接著執行所有的微任務。然后再次從宏任務開始,找到其中一個任務隊列執行完畢,再執行所有的微任務。聽起來有點繞,我們用文章最開始的一段代碼說明:

setTimeout(function() {
    console.log("setTimeout");
})

new Promise(function(resolve) {
    console.log("promise");
}).then(function() {
    console.log("then");
})

console.log("console");

這段代碼作為宏任務,進入主線程。

先遇到setTimeout,那么將其回調函數注冊后分發到宏任務Event Queue。(注冊過程與上同,下文不再描述)

接下來遇到了Promise,new Promise立即執行,then函數分發到微任務Event Queue。

遇到console.log(),立即執行。

好啦,整體代碼script作為第一個宏任務執行結束,看看有哪些微任務?我們發現了then在微任務Event Queue里面,執行。

ok,第一輪事件循環結束了,我們開始第二輪循環,當然要從宏任務Event Queue開始。我們發現了宏任務Event
Queue中setTimeout對應的回調函數,立即執行。 結束。

事件循環,宏任務,微任務的關系如圖所示:

我們來分析一段較復雜的代碼,看看你是否真的掌握了js的執行機制:

console.log("1");

setTimeout(function() {
    console.log("2");
    process.nextTick(function() {
        console.log("3");
    })
    new Promise(function(resolve) {
        console.log("4");
        resolve();
    }).then(function() {
        console.log("5")
    })
})
process.nextTick(function() {
    console.log("6");
})
new Promise(function(resolve) {
    console.log("7");
    resolve();
}).then(function() {
    console.log("8")
})

setTimeout(function() {
    console.log("9");
    process.nextTick(function() {
        console.log("10");
    })
    new Promise(function(resolve) {
        console.log("11");
        resolve();
    }).then(function() {
        console.log("12")
    })
})

第一輪事件循環流程分析如下:

整體script作為第一個宏任務進入主線程,遇到console.log,輸出1。

遇到setTimeout,其回調函數被分發到宏任務Event Queue中。我們暫且記為setTimeout1。

遇到process.nextTick(),其回調函數被分發到微任務Event Queue中。我們記為process1。

遇到Promise,new Promise直接執行,輸出7。then被分發到微任務Event Queue中。我們記為then1。

又遇到了setTimeout,其回調函數被分發到宏任務Event Queue中,我們記為setTimeout2。

宏任務Event Queue | 微任務Event Queue

setTimeout1 | process1

setTimeout2 | then1

上表是第一輪事件循環宏任務結束時各Event Queue的情況,此時已經輸出了1和7。

我們發現了process1和then1兩個微任務。

執行process1,輸出6。

執行then1,輸出8。

好了,第一輪事件循環正式結束,這一輪的結果是輸出1,7,6,8。那么第二輪時間循環從setTimeout1宏任務開始:

首先輸出2。接下來遇到了process.nextTick(),同樣將其分發到微任務Event Queue中,記為process2。new
Promise立即執行輸出4,then也分發到微任務Event Queue中,記為then2。

宏任務Event Queue | 微任務Event Queue
setTimeout2 | process2
null | then2

第二輪事件循環宏任務結束,我們發現有process2和then2兩個微任務可以執行。

輸出3。

輸出5。

第二輪事件循環結束,第二輪輸出2,4,3,5。

第三輪事件循環開始,此時只剩setTimeout2了,執行。

直接輸出9。

將process.nextTick()分發到微任務Event Queue中。記為process3。

直接執行new Promise,輸出11。

將then分發到微任務Event Queue中,記為then3。

宏任務Event Queue | 微任務Event Queue

null | process3
null | then3

第三輪事件循環宏任務執行結束,執行兩個微任務process3和then3。

輸出10。

輸出12。

第三輪事件循環結束,第三輪輸出9,11,10,12。

整段代碼,共進行了三次事件循環,完整的輸出為1,7,6,8,2,4,3,5,9,11,10,12。(請注意,node環境下的事件監聽依賴libuv與前端環境不完全相同,輸出順序可能會有誤差)

6.寫在最后

(1)js的異步

我們從最開頭就說javascript是一門單線程語言,不管是什么新框架新語法糖實現的所謂異步,其實都是用同步的方法去模擬的,牢牢把握住單線程這點非常重要。

(2)事件循環Event Loop

事件循環是js實現異步的一種方法,也是js的執行機制。

(3)javascript的執行和運行

執行和運行有很大的區別,javascript在不同的環境下,比如node,瀏覽器,Ringo等等,執行方式是不同的。而運行大多指javascript解析引擎,是統一的。

(4)setImmediate

微任務和宏任務還有很多種類,比如setImmediate等等,執行都是有共同點的,有興趣的同學可以自行了解。

(5)最后的最后

javascript是一門單線程語言
Event Loop是javascript的執行機制

牢牢把握兩個基本點,以認真學習javascript為中心,早日實現成為前端高手的偉大夢想!

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