之前對(duì)JS運(yùn)行機(jī)制不太明白,直到讀了阮一峰文章后,突然腦洞大開(kāi).當(dāng)然中間也遇到了一點(diǎn)理解上的問(wèn)題,我只做了一點(diǎn)稍微通俗點(diǎn)的修改,以方便初學(xué)之人更容易理解.

原文摘錄如下:

一年前，我寫(xiě)了一篇《什么是 Event Loop？》，談了我對(duì)Event Loop的理解。

/div div id="more" class="asset-more"

上個(gè)月侧啼，我偶然看到了Philip Roberts的演講《Help, I'm stuck in an event-loop》牛柒。這才尷尬地發(fā)現(xiàn)，自己的理解是錯(cuò)的痊乾。我決定重寫(xiě)這個(gè)題目皮壁，詳細(xì)、完整哪审、正確地描述JavaScript引擎的內(nèi)部運(yùn)行機(jī)制蛾魄。下面就是我的重寫(xiě)。

進(jìn)入正文之前湿滓，插播一條消息滴须。我的新書(shū)《ECMAScript 6入門(mén)》出版了（版權(quán)頁(yè)，內(nèi)頁(yè)1叽奥，內(nèi)頁(yè)2）扔水，銅版紙全彩印刷，非常精美朝氓，還附有索引（當(dāng)然價(jià)格也比同類(lèi)書(shū)籍略貴一點(diǎn)點(diǎn)）魔市。預(yù)覽和購(gòu)買(mǎi)點(diǎn)擊這里。

（2014年10月13日更新：本文已經(jīng)做了較大修改膀篮，反映了我現(xiàn)在的認(rèn)識(shí)嘹狞。關(guān)于setTimeout的更多解釋和示例，請(qǐng)參閱我正在寫(xiě)的《JavaScript標(biāo)準(zhǔn)參考教程》誓竿。）

（2014年10月11日更新：樸靈老師對(duì)本文做了評(píng)注磅网，詳細(xì)得指出了文中存在的錯(cuò)誤說(shuō)法，建議閱讀筷屡。）

一涧偷、為什么JavaScript是單線(xiàn)程？

JavaScript語(yǔ)言的一大特點(diǎn)就是單線(xiàn)程毙死，也就是說(shuō)燎潮，同一個(gè)時(shí)間只能做一件事。那么扼倘，為什么JavaScript不能有多個(gè)線(xiàn)程呢确封？這樣能提高效率啊。

JavaScript的單線(xiàn)程再菊，與它的用途有關(guān)爪喘。作為瀏覽器腳本語(yǔ)言，JavaScript的主要用途是與用戶(hù)互動(dòng)纠拔，以及操作DOM秉剑。這決定了它只能是單線(xiàn)程，否則會(huì)帶來(lái)很復(fù)雜的同步問(wèn)題稠诲。比如侦鹏，假定JavaScript同時(shí)有兩個(gè)線(xiàn)程诡曙，一個(gè)線(xiàn)程在某個(gè)DOM節(jié)點(diǎn)上添加內(nèi)容，另一個(gè)線(xiàn)程刪除了這個(gè)節(jié)點(diǎn)略水，這時(shí)瀏覽器應(yīng)該以哪個(gè)線(xiàn)程為準(zhǔn)价卤？

所以，為了避免復(fù)雜性聚请，從一誕生荠雕，JavaScript就是單線(xiàn)程，這已經(jīng)成了這門(mén)語(yǔ)言的核心特征驶赏，將來(lái)也不會(huì)改變炸卑。

為了利用多核CPU的計(jì)算能力，HTML5提出Web Worker標(biāo)準(zhǔn)煤傍，允許JavaScript腳本創(chuàng)建多個(gè)線(xiàn)程盖文，但是子線(xiàn)程完全受主線(xiàn)程控制，且不得操作DOM蚯姆。所以五续，這個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有改變JavaScript單線(xiàn)程的本質(zhì)。

二龄恋、任務(wù)隊(duì)列

單線(xiàn)程就意味著疙驾，所有任務(wù)需要排隊(duì)，前一個(gè)任務(wù)結(jié)束郭毕，才會(huì)執(zhí)行后一個(gè)任務(wù)它碎。如果前一個(gè)任務(wù)耗時(shí)很長(zhǎng)，后一個(gè)任務(wù)就不得不一直等著显押。

如果排隊(duì)是因?yàn)橛?jì)算量大扳肛，CPU忙不過(guò)來(lái)，倒也算了乘碑，但是很多時(shí)候CPU是閑著的挖息，因?yàn)镮O設(shè)備（輸入輸出設(shè)備）很慢（比如Ajax操作從網(wǎng)絡(luò)讀取數(shù)據(jù)），不得不等著結(jié)果出來(lái)兽肤，再往下執(zhí)行套腹。

JavaScript語(yǔ)言的設(shè)計(jì)者意識(shí)到，這時(shí)主線(xiàn)程完全可以不管IO設(shè)備资铡，掛起處于等待中的任務(wù)沉迹，先運(yùn)行排在后面的任務(wù)。等到IO設(shè)備返回了結(jié)果害驹，再回過(guò)頭，把掛起的任務(wù)繼續(xù)執(zhí)行下去蛤育。

于是宛官，所有任務(wù)可以分成兩種葫松，一種是同步任務(wù)（synchronous），另一種是異步任務(wù)（asynchronous）底洗。同步任務(wù)指的是腋么，在主線(xiàn)程上排隊(duì)執(zhí)行的任務(wù)，只有前一個(gè)任務(wù)執(zhí)行完畢亥揖，才能執(zhí)行后一個(gè)任務(wù)珊擂；異步任務(wù)指的是，不進(jìn)入主線(xiàn)程费变、而進(jìn)入"任務(wù)隊(duì)列"（task queue）的任務(wù)摧扇，只有"任務(wù)隊(duì)列"通知主線(xiàn)程，某個(gè)異步任務(wù)可以執(zhí)行了挚歧，該任務(wù)才會(huì)進(jìn)入主線(xiàn)程執(zhí)行扛稽。

具體來(lái)說(shuō)，異步執(zhí)行的運(yùn)行機(jī)制如下滑负。（同步執(zhí)行也是如此在张，因?yàn)樗梢员灰暈闆](méi)有異步任務(wù)的異步執(zhí)行。）

（1）所有同步任務(wù)都在主線(xiàn)程上執(zhí)行矮慕，形成一個(gè)執(zhí)行棧（execution context stack）帮匾。

（2）主線(xiàn)程之外，還存在一個(gè)"任務(wù)隊(duì)列"（task queue）痴鳄。只要異步任務(wù)有了運(yùn)行結(jié)果瘟斜，就在"任務(wù)隊(duì)列"之中放置一個(gè)事件。

（3）一旦"執(zhí)行棧"中的所有同步任務(wù)執(zhí)行完畢夏跷，系統(tǒng)就會(huì)讀取"任務(wù)隊(duì)列"哼转，看看里面有哪些事件。那些對(duì)應(yīng)的異步任務(wù)槽华，于是結(jié)束等待狀態(tài)壹蔓，進(jìn)入執(zhí)行棧，開(kāi)始執(zhí)行猫态。

（4）主線(xiàn)程不斷重復(fù)上面的第三步佣蓉。

下圖就是主線(xiàn)程和任務(wù)隊(duì)列的示意圖。

只要主線(xiàn)程空了亲雪，就會(huì)去讀取"任務(wù)隊(duì)列"勇凭，這就是JavaScript的運(yùn)行機(jī)制。這個(gè)過(guò)程會(huì)不斷重復(fù)义辕。

三虾标、事件和回調(diào)函數(shù)

"任務(wù)隊(duì)列"是一個(gè)事件的隊(duì)列（也可以理解成消息的隊(duì)列），IO設(shè)備完成一項(xiàng)任務(wù)灌砖，就在"任務(wù)隊(duì)列"中添加一個(gè)事件璧函，表示相關(guān)的異步任務(wù)可以進(jìn)入"執(zhí)行棧"了傀蚌。主線(xiàn)程讀取"任務(wù)隊(duì)列"，就是讀取里面有哪些事件蘸吓。

"任務(wù)隊(duì)列"中的事件善炫，除了IO設(shè)備的事件以外，還包括一些用戶(hù)產(chǎn)生的事件（比如鼠標(biāo)點(diǎn)擊库继、頁(yè)面滾動(dòng)等等）箩艺。只要指定過(guò)回調(diào)函數(shù)，這些事件發(fā)生時(shí)就會(huì)進(jìn)入"任務(wù)隊(duì)列"宪萄，等待主線(xiàn)程讀取艺谆。

所謂"回調(diào)函數(shù)"（callback），就是那些會(huì)被主線(xiàn)程掛起來(lái)的代碼雨膨。異步任務(wù)必須指定回調(diào)函數(shù)擂涛，當(dāng)主線(xiàn)程開(kāi)始執(zhí)行異步任務(wù)，就是執(zhí)行對(duì)應(yīng)的回調(diào)函數(shù)聊记。

"任務(wù)隊(duì)列"是一個(gè)先進(jìn)先出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)撒妈，排在前面的事件，優(yōu)先被主線(xiàn)程讀取排监。主線(xiàn)程的讀取過(guò)程基本上是自動(dòng)的狰右，只要執(zhí)行棧一清空，"任務(wù)隊(duì)列"上第一位的事件就自動(dòng)進(jìn)入主線(xiàn)程舆床。但是棋蚌，由于存在后文提到的"定時(shí)器"功能，主線(xiàn)程首先要檢查一下執(zhí)行時(shí)間挨队，某些事件只有到了規(guī)定的時(shí)間谷暮，才能返回主線(xiàn)程。

四盛垦、Event Loop

主線(xiàn)程從"任務(wù)隊(duì)列"中讀取事件湿弦，這個(gè)過(guò)程是循環(huán)不斷的，所以整個(gè)的這種運(yùn)行機(jī)制又稱(chēng)為Event Loop（事件循環(huán)）腾夯。

為了更好地理解Event Loop颊埃，請(qǐng)看下圖（轉(zhuǎn)引自Philip Roberts的演講《Help, I'm stuck in an event-loop》）。

上圖中蝶俱，主線(xiàn)程運(yùn)行的時(shí)候班利，產(chǎn)生堆（heap）和棧（stack），棧中的代碼調(diào)用各種外部API榨呆，它們?cè)?任務(wù)隊(duì)列"中加入各種事件（click罗标，load，done）。只要棧中的代碼執(zhí)行完畢馒稍，主線(xiàn)程就會(huì)去讀取"任務(wù)隊(duì)列"皿哨，依次執(zhí)行那些事件所對(duì)應(yīng)的回調(diào)函數(shù)。

執(zhí)行棧中的代碼（同步任務(wù)）纽谒，總是在讀取"任務(wù)隊(duì)列"（異步任務(wù)）之前執(zhí)行。請(qǐng)看下面這個(gè)例子如输。

varreq=newXMLHttpRequest();

req.open('GET',url);

req.onload=function(){};

req.onerror=function(){};

req.send();

上面代碼中的req.send方法是Ajax操作向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)鼓黔，它是一個(gè)異步任務(wù)，意味著只有當(dāng)前腳本的所有代碼執(zhí)行完(此處的意思,function(){} 回調(diào)函數(shù)放入了內(nèi)存代碼區(qū),等待觸發(fā)執(zhí)行,并不是拋行完成此回調(diào)函數(shù))不见，系統(tǒng)才會(huì)去讀取"任務(wù)隊(duì)列"澳化。所以，它與下面的寫(xiě)法等價(jià)稳吮。

varreq=newXMLHttpRequest();

req.open('GET',url);

req.send();

req.onload=function(){};

req.onerror=function(){};

也就是說(shuō)缎谷，指定回調(diào)函數(shù)的部分（onload和onerror），在send()方法的前面或后面無(wú)關(guān)緊要灶似，因?yàn)樗鼈儗儆趫?zhí)行棧的一部分列林，系統(tǒng)總是執(zhí)行完它們，才會(huì)去讀取"任務(wù)隊(duì)列"酪惭。

五希痴、定時(shí)器

除了放置異步任務(wù)的事件，"任務(wù)隊(duì)列"還可以放置定時(shí)事件春感，即指定某些代碼在多少時(shí)間之后執(zhí)行砌创。這叫做"定時(shí)器"（timer）功能，也就是定時(shí)執(zhí)行的代碼鲫懒。

定時(shí)器功能主要由setTimeout()和setInterval()這兩個(gè)函數(shù)來(lái)完成嫩实，它們的內(nèi)部運(yùn)行機(jī)制完全一樣，區(qū)別在于前者指定的代碼是一次性執(zhí)行窥岩，后者則為反復(fù)執(zhí)行甲献。以下主要討論setTimeout()。

setTimeout()接受兩個(gè)參數(shù)谦秧，第一個(gè)是回調(diào)函數(shù)竟纳，第二個(gè)是推遲執(zhí)行的毫秒數(shù)。

console.log(1);

setTimeout(function(){console.log(2);},1000);

console.log(3);

上面代碼的執(zhí)行結(jié)果是1疚鲤，3锥累，2，因?yàn)閟etTimeout()將第二行推遲到1000毫秒之后執(zhí)行集歇。

如果將setTimeout()的第二個(gè)參數(shù)設(shè)為0桶略，就表示當(dāng)前代碼執(zhí)行完（執(zhí)行棧清空）以后，立即執(zhí)行（0毫秒間隔）指定的回調(diào)函數(shù)。

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

console.log(2);

上面代碼的執(zhí)行結(jié)果總是2际歼，1惶翻，因?yàn)橹挥性趫?zhí)行完第二行以后，系統(tǒng)才會(huì)去執(zhí)行"任務(wù)隊(duì)列"中的回調(diào)函數(shù)鹅心。

總之吕粗，setTimeout(fn,0)的含義是，指定某個(gè)任務(wù)在主線(xiàn)程最早可得的空閑時(shí)間執(zhí)行旭愧，也就是說(shuō)颅筋，盡可能早得執(zhí)行。它在"任務(wù)隊(duì)列"的尾部添加一個(gè)事件输枯，因此要等到同步任務(wù)和"任務(wù)隊(duì)列"現(xiàn)有的事件都處理完议泵，才會(huì)得到執(zhí)行。

HTML5標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了setTimeout()的第二個(gè)參數(shù)的最小值（最短間隔）桃熄，不得低于4毫秒先口，如果低于這個(gè)值，就會(huì)自動(dòng)增加瞳收。在此之前碉京，老版本的瀏覽器都將最短間隔設(shè)為10毫秒。另外缎讼，對(duì)于那些DOM的變動(dòng)（尤其是涉及頁(yè)面重新渲染的部分）收夸，通常不會(huì)立即執(zhí)行，而是每16毫秒執(zhí)行一次血崭。這時(shí)使用requestAnimationFrame()的效果要好于setTimeout()卧惜。

需要注意的是，setTimeout()只是將事件插入了"任務(wù)隊(duì)列"夹纫，必須等到當(dāng)前代碼（執(zhí)行棧）執(zhí)行完咽瓷，主線(xiàn)程才會(huì)去執(zhí)行它指定的回調(diào)函數(shù)。要是當(dāng)前代碼耗時(shí)很長(zhǎng)舰讹，有可能要等很久茅姜，所以并沒(méi)有辦法保證，回調(diào)函數(shù)一定會(huì)在setTimeout()指定的時(shí)間執(zhí)行月匣。

六钻洒、Node.js的Event Loop

Node.js也是單線(xiàn)程的Event Loop，但是它的運(yùn)行機(jī)制不同于瀏覽器環(huán)境锄开。

請(qǐng)看下面的示意圖（作者@BusyRich）素标。

根據(jù)上圖，Node.js的運(yùn)行機(jī)制如下萍悴。

（1）V8引擎解析JavaScript腳本头遭。

（2）解析后的代碼寓免，調(diào)用Node API。

（3）libuv庫(kù)負(fù)責(zé)Node API的執(zhí)行计维。它將不同的任務(wù)分配給不同的線(xiàn)程袜香，形成一個(gè)Event Loop（事件循環(huán)），以異步的方式將任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果返回給V8引擎鲫惶。

（4）V8引擎再將結(jié)果返回給用戶(hù)蜈首。

除了setTimeout和setInterval這兩個(gè)方法，Node.js還提供了另外兩個(gè)與"任務(wù)隊(duì)列"有關(guān)的方法：process.nextTick和setImmediate剑按。它們可以幫助我們加深對(duì)"任務(wù)隊(duì)列"的理解疾就。

process.nextTick方法可以在當(dāng)前"執(zhí)行棧"的尾部----下一次Event Loop（主線(xiàn)程讀取"任務(wù)隊(duì)列"）之前----觸發(fā)回調(diào)函數(shù)。也就是說(shuō)艺蝴，它指定的任務(wù)總是發(fā)生在所有異步任務(wù)之前。setImmediate方法則是在當(dāng)前"任務(wù)隊(duì)列"的尾部添加事件鸟废，也就是說(shuō)猜敢，它指定的任務(wù)總是在下一次Event Loop時(shí)執(zhí)行，這與setTimeout(fn, 0)很像盒延。請(qǐng)看下面的例子（viaStackOverflow）缩擂。

process.nextTick(functionA(){

console.log(1);

process.nextTick(functionB(){console.log(2);});

});

setTimeout(functiontimeout(){

console.log('TIMEOUT FIRED');

},0)

// 1

// 2

// TIMEOUT FIRED

上面代碼中，由于process.nextTick方法指定的回調(diào)函數(shù)添寺，總是在當(dāng)前"執(zhí)行棧"的尾部觸發(fā)胯盯，所以不僅函數(shù)A比setTimeout指定的回調(diào)函數(shù)timeout先執(zhí)行，而且函數(shù)B也比timeout先執(zhí)行计露。這說(shuō)明博脑，如果有多個(gè)process.nextTick語(yǔ)句（不管它們是否嵌套），將全部在當(dāng)前"執(zhí)行棧"執(zhí)行票罐。

現(xiàn)在叉趣，再看setImmediate。

setImmediate(functionA(){

console.log(1);

setImmediate(functionB(){console.log(2);});

});

setTimeout(functiontimeout(){

console.log('TIMEOUT FIRED');

},0);

上面代碼中该押，setImmediate與setTimeout(fn,0)各自添加了一個(gè)回調(diào)函數(shù)A和timeout疗杉，都是在下一次Event Loop觸發(fā)。那么蚕礼，哪個(gè)回調(diào)函數(shù)先執(zhí)行呢烟具？答案是不確定。運(yùn)行結(jié)果可能是1--TIMEOUT FIRED--2奠蹬，也可能是TIMEOUT FIRED--1--2朝聋。

令人困惑的是，Node.js文檔中稱(chēng)罩润，setImmediate指定的回調(diào)函數(shù)玖翅，總是排在setTimeout前面翼馆。實(shí)際上，這種情況只發(fā)生在遞歸調(diào)用的時(shí)候金度。

setImmediate(function(){

setImmediate(functionA(){

console.log(1);

setImmediate(functionB(){console.log(2);});

});

setTimeout(functiontimeout(){

console.log('TIMEOUT FIRED');

},0);

});

// 1

// TIMEOUT FIRED

// 2

上面代碼中应媚，setImmediate和setTimeout被封裝在一個(gè)setImmediate里面，它的運(yùn)行結(jié)果總是1--TIMEOUT FIRED--2猜极，這時(shí)函數(shù)A一定在timeout前面觸發(fā)中姜。至于2排在TIMEOUT FIRED的后面（即函數(shù)B在timeout后面觸發(fā)），是因?yàn)閟etImmediate總是將事件注冊(cè)到下一輪Event Loop跟伏，所以函數(shù)A和timeout是在同一輪Loop執(zhí)行丢胚，而函數(shù)B在下一輪Loop執(zhí)行。

我們由此得到了process.nextTick和setImmediate的一個(gè)重要區(qū)別：多個(gè)process.nextTick語(yǔ)句總是在當(dāng)前"執(zhí)行棧"一次執(zhí)行完受扳，多個(gè)setImmediate可能則需要多次loop才能執(zhí)行完携龟。事實(shí)上，這正是Node.js 10.0版添加setImmediate方法的原因勘高，否則像下面這樣的遞歸調(diào)用process.nextTick峡蟋，將會(huì)沒(méi)完沒(méi)了，主線(xiàn)程根本不會(huì)去讀取"事件隊(duì)列"华望！

process.nextTick(functionfoo(){

process.nextTick(foo);

});

事實(shí)上蕊蝗，現(xiàn)在要是你寫(xiě)出遞歸的process.nextTick，Node.js會(huì)拋出一個(gè)警告赖舟，要求你改成setImmediate蓬戚。

另外，由于process.nextTick指定的回調(diào)函數(shù)是在本次"事件循環(huán)"觸發(fā)宾抓，而setImmediate指定的是在下次"事件循環(huán)"觸發(fā)子漩，所以很顯然，前者總是比后者發(fā)生得早洞慎，而且執(zhí)行效率也高（因?yàn)椴挥脵z查"任務(wù)隊(duì)列"）痛单。