摘要：事件循環(huán)事件循環(huán)是指主線程重復從消息隊列中取消息執(zhí)行的過程。事件觸發(fā)時，表示異步任務(wù)完成，會將事件監(jiān)聽器函數(shù)封裝成一條消息放到消息隊列中，等待主線程執(zhí)行。

一. 單線程

我們常說“JavaScript是單線程的”。

所謂單線程，是指在JS引擎中負責解釋和執(zhí)行JavaScript代碼的線程只有一個。不妨叫它主線程。

但是實際上還存在其他的線程。例如：處理AJAX請求的線程、處理DOM事件的線程、定時器線程、讀寫文件的線程(例如在Node.js中)等等。這些線程可能存在于JS引擎之內(nèi)，也可能存在于JS引擎之外，在此我們不做區(qū)分。不妨叫它們工作線程。

二. 同步和異步

假設(shè)存在一個函數(shù)A：

A(args...);

同步：如果在函數(shù)A返回的時候，調(diào)用者就能夠得到預(yù)期結(jié)果(即拿到了預(yù)期的返回值或者看到了預(yù)期的效果)，那么這個函數(shù)就是同步的。

例如：

  Math.sqrt(2);
  console.log("Hi");

第一個函數(shù)返回時，就拿到了預(yù)期的返回值：2的平方根。

第二個函數(shù)返回時，就看到了預(yù)期的效果：在控制臺打印了一個字符串。

所以這兩個函數(shù)都是同步的。

異步：如果在函數(shù)A返回的時候，調(diào)用者還不能夠得到預(yù)期結(jié)果，而是需要在將來通過一定的手段得到，那么這個函數(shù)就是異步的。

例如：

fs.readFile("foo.txt", "utf8", function(err, data) {
    console.log(data);
});

在上面的代碼中，我們希望通過fs.readFile函數(shù)讀取文件foo.txt中的內(nèi)容，并打印出來。

但是在fs.readFile函數(shù)返回時，我們期望的結(jié)果并不會發(fā)生，而是要等到文件全部讀取完成之后。如果文件很大的話可能要很長時間。

下面以AJAX請求為例，來看一下同步和異步的區(qū)別：

**異步AJAX：**

主線程：“你好，AJAX線程。請你幫我發(fā)個HTTP請求吧，我把請求地址和參數(shù)都給你了。”
AJAX線程：“好的，主線程。我馬上去發(fā)，但可能要花點兒時間呢，你可以先去忙別的。”
主線程：：“謝謝，你拿到響應(yīng)后告訴我一聲啊。”
(接著，主線程做其他事情去了。一頓飯的時間后，它收到了響應(yīng)到達的通知。) 

**同步AJAX：**

主線程：“你好，AJAX線程。請你幫我發(fā)個HTTP請求吧，我把請求地址和參數(shù)都給你了。”

AJAX線程：“......”
主線程：：“喂，AJAX線程，你怎么不說話？”
AJAX線程：“......”
主線程：“喂！喂喂喂！”
AJAX線程：“......”
(一炷香的時間后)
主線程：：“喂！求你說句話吧！”
AJAX線程：“主線程，不好意思，我在工作的時候不能說話。你的請求已經(jīng)發(fā)完了，拿到響應(yīng)數(shù)據(jù)了，給你。” 

正是由于JavaScript是單線程的，而異步容易實現(xiàn)非阻塞，所以在JavaScript中對于耗時的操作或者時間不確定的操作，使用異步就成了必然的選擇。異步是這篇文章關(guān)注的重點。

三. 異步過程的構(gòu)成要素

從上文可以看出，異步函數(shù)實際上很快就調(diào)用完成了。但是后面還有工作線程執(zhí)行異步任務(wù)、通知主線程、主線程調(diào)用回調(diào)函數(shù)等很多步驟。我們把整個過程叫做異步過程。異步函數(shù)的調(diào)用在整個異步過程中，只是一小部分。

總結(jié)一下，一個異步過程通常是這樣的：

主線程發(fā)起一個異步請求，相應(yīng)的工作線程接收請求并告知主線程已收到(異步函數(shù)返回)；主線程可以繼續(xù)執(zhí)行后面的代碼，同時工作線程執(zhí)行異步任務(wù)；工作線程完成工作后，通知主線程；主線程收到通知后，執(zhí)行一定的動作(調(diào)用回調(diào)函數(shù))。 

異步函數(shù)通常具有以下的形式：

A(args..., callbackFn)

它可以叫做異步過程的發(fā)起函數(shù)，或者叫做異步任務(wù)注冊函數(shù)。args是這個函數(shù)需要的參數(shù)。callbackFn也是這個函數(shù)的參數(shù)，但是它比較特殊所以多帶帶列出來。

所以，從主線程的角度看，一個異步過程包括下面兩個要素：

發(fā)起函數(shù)(或叫注冊函數(shù))A

回調(diào)函數(shù) callbackFn 

它們都是在主線程上調(diào)用的，其中注冊函數(shù)用來發(fā)起異步過程，回調(diào)函數(shù)用來處理結(jié)果。

舉個具體的例子：

setTimeout(fn, 1000);

其中的 setTimeout 就是異步過程的發(fā)起函數(shù)， fn 是回調(diào)函數(shù)。

注意：前面說的形式 A(args..., callbackFn) 只是一種抽象的表示，并不代表回調(diào)函數(shù)一定要作為發(fā)起函數(shù)的參數(shù)，例如：

var xhr = new XMLHttpRequest();
xhr.onreadystatechange = xxx; // 添加回調(diào)函數(shù)
xhr.open("GET", url);
xhr.send(); // 發(fā)起函數(shù)

發(fā)起函數(shù)和回調(diào)函數(shù)就是分離的。

四. 消息隊列和事件循環(huán)

上文講到，異步過程中，工作線程在異步操作完成后需要通知主線程。那么這個通知機制是怎樣實現(xiàn)的呢？答案是利用消息隊列和事件循環(huán)。

用一句話概括：

工作線程將消息放到消息隊列，主線程通過事件循環(huán)過程去取消息。 

消息隊列：消息隊列是一個先進先出的隊列，它里面存放著各種消息。

事件循環(huán)：事件循環(huán)是指主線程重復從消息隊列中取消息、執(zhí)行的過程。

實際上，主線程只會做一件事情，就是從消息隊列里面取消息、執(zhí)行消息，再取消息、再執(zhí)行。當消息隊列為空時，就會等待直到消息隊列變成非空。而且主線程只有在將當前的消息執(zhí)行完成后，才會去取下一個消息。這種機制就叫做事件循環(huán)機制，取一個消息并執(zhí)行的過程叫做一次循環(huán)。

事件循環(huán)用代碼表示大概是這樣的：

while(true) {
    var message = queue.get();
    execute(message);
}

那么，消息隊列中放的消息具體是什么東西？消息的具體結(jié)構(gòu)當然跟具體的實現(xiàn)有關(guān)，但是為了簡單起見，我們可以認為：

消息就是注冊異步任務(wù)時添加的回調(diào)函數(shù)。 

再次以異步AJAX為例，假設(shè)存在如下的代碼：

$.ajax("http://segmentfault.com", function(resp) {
    console.log("我是響應(yīng)：", resp);
});
 
// 其他代碼
...
...
...

主線程在發(fā)起AJAX請求后，會繼續(xù)執(zhí)行其他代碼。AJAX線程負責請求segmentfault.com，拿到響應(yīng)后，它會把響應(yīng)封裝成一個JavaScript對象，然后構(gòu)造一條消息：

// 消息隊列中的消息就長這個樣子
var message = function () {
    callbackFn(response);
}

其中的 callbackFn 就是前面代碼中得到成功響應(yīng)時的回調(diào)函數(shù)。

主線程在執(zhí)行完當前循環(huán)中的所有代碼后，就會到消息隊列取出這條消息(也就是 message 函數(shù))，并執(zhí)行它。到此為止，就完成了工作線程對主線程的通知，回調(diào)函數(shù)也就得到了執(zhí)行。如果一開始主線程就沒有提供回調(diào)函數(shù)，AJAX線程在收到HTTP響應(yīng)后，也就沒必要通知主線程，從而也沒必要往消息隊列放消息。

用圖表示這個過程就是：

從上文中我們也可以得到這樣一個明顯的結(jié)論，就是：

異步過程的回調(diào)函數(shù)，一定不在當前這一輪事件循環(huán)中執(zhí)行。 

五. 異步與事件

上文中說的“事件循環(huán)”，為什么里面有個事件呢？那是因為：

消息隊列中的每條消息實際上都對應(yīng)著一個事件。 

上文中一直沒有提到一類很重要的異步過程：DOM事件。

舉例來說：

var button = document.getElement("#btn");
button.addEventListener("click", function(e) {
    console.log();
});

從事件的角度來看，上述代碼表示：在按鈕上添加了一個鼠標單擊事件的事件監(jiān)聽器；當用戶點擊按鈕時，鼠標單擊事件觸發(fā)，事件監(jiān)聽器函數(shù)被調(diào)用。

從異步過程的角度看， addEventListener 函數(shù)就是異步過程的發(fā)起函數(shù)，事件監(jiān)聽器函數(shù)就是異步過程的回調(diào)函數(shù)。事件觸發(fā)時，表示異步任務(wù)完成，會將事件監(jiān)聽器函數(shù)封裝成一條消息放到消息隊列中，等待主線程執(zhí)行。

事件的概念實際上并不是必須的，事件機制實際上就是異步過程的通知機制。我覺得它的存在是為了編程接口對開發(fā)者更友好。

另一方面，所有的異步過程也都可以用事件來描述。例如：setTimeout可以看成對應(yīng)一個時間到了的事件。前文的 setTimeout(fn, 1000); 可以看成：

timer.addEventListener("timeout", 1000, fn);

六. 生產(chǎn)者與消費者

從生產(chǎn)者與消費者的角度看，異步過程是這樣的：

工作線程是生產(chǎn)者，主線程是消費者(只有一個消費者)。工作線程執(zhí)行異步任務(wù)，執(zhí)行完成后把對應(yīng)的回調(diào)函數(shù)封裝成一條消息放到消息隊列中；主線程不斷地從消息隊列中取消息并執(zhí)行，當消息隊列空時主線程阻塞，直到消息隊列再次非空。 

PS：ECMAScript 262規(guī)范中，并沒有對異步、事件隊列等概念及其實現(xiàn)的描述。這些都是具體的JavaScript運行時環(huán)境使用的機制。本文重點是描述異步過程的原理，為了便于理解做了很多簡化。所以文中的某些術(shù)語的使用可能是不準確的，具體細節(jié)也未必是正確的，例如消息隊列中消息的結(jié)構(gòu)。請讀者注意。