轉(zhuǎn)載自 阮一峰
JavaScript 運(yùn)行機(jī)制詳解：再談Event Loop
一搅幅、為什么JavaScript是單線程阅束？
JavaScript語(yǔ)言的一大特點(diǎn)就是單線程，也就是說(shuō)茄唐，同一個(gè)時(shí)間只能做一件事息裸。那么，為什么JavaScript不能有多個(gè)線程呢沪编？這樣能提高效率啊呼盆。
JavaScript的單線程，與它的用途有關(guān)漾抬。作為瀏覽器腳本語(yǔ)言宿亡，JavaScript的主要用途是與用戶互動(dòng)，以及操作DOM纳令。這決定了它只能是單線程挽荠，否則會(huì)帶來(lái)很復(fù)雜的同步問(wèn)題克胳。比如，假定JavaScript同時(shí)有兩個(gè)線程圈匆，一個(gè)線程在某個(gè)DOM節(jié)點(diǎn)上添加內(nèi)容漠另，另一個(gè)線程刪除了這個(gè)節(jié)點(diǎn)，這時(shí)瀏覽器應(yīng)該以哪個(gè)線程為準(zhǔn)跃赚？
為了利用多核CPU的計(jì)算能力笆搓，HTML5提出Web Worker標(biāo)準(zhǔn)，允許JavaScript腳本創(chuàng)建多個(gè)線程纬傲，但是子線程完
全受主線程控制满败，且不得操作DOM。所以叹括，這個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有改變JavaScript單線程的本質(zhì)算墨。
二、任務(wù)隊(duì)列
單線程就意味著汁雷，所有任務(wù)需要排隊(duì)净嘀，前一個(gè)任務(wù)結(jié)束，才會(huì)執(zhí)行后一個(gè)任務(wù)侠讯。如果前一個(gè)任務(wù)耗時(shí)很長(zhǎng)挖藏，后一個(gè)任務(wù)就不得不一直等著。
如果排隊(duì)是因?yàn)橛?jì)算量大厢漩，CPU忙不過(guò)來(lái)膜眠，倒也算了，但是很多時(shí)候CPU是閑著的袁翁，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)）柴底，不得不等著結(jié)果出來(lái)，再往下執(zhí)行粱胜。
JavaScript語(yǔ)言的設(shè)計(jì)者意識(shí)到，這時(shí)主線程完全可以不管IO設(shè)備狐树，掛起處于等待中的任務(wù)焙压，先運(yùn)行排在后面的任務(wù)。等到IO設(shè)備返回了結(jié)果抑钟，再回過(guò)頭涯曲，把掛起的任務(wù)繼續(xù)執(zhí)行下去。
于是在塔，所有任務(wù)可以分成兩種幻件，一種是同步任務(wù)（synchronous），另一種是異步任務(wù)（asynchronous）蛔溃。同步任務(wù)指的是绰沥，在主線程上排隊(duì)執(zhí)行的任務(wù)篱蝇，只有前一個(gè)任務(wù)執(zhí)行完畢，才能執(zhí)行后一個(gè)任務(wù)徽曲；異步任務(wù)指的是零截，不進(jìn)入主線程、而進(jìn)入”任務(wù)隊(duì)列”（task queue）的任務(wù)秃臣，只有”任務(wù)隊(duì)列”通知主線程涧衙，某個(gè)異步任務(wù)可以執(zhí)行了，該任務(wù)才會(huì)進(jìn)入主線程執(zhí)行奥此。
具體來(lái)說(shuō)弧哎，異步執(zhí)行的運(yùn)行機(jī)制如下。（同步執(zhí)行也是如此稚虎，因?yàn)樗梢员灰暈闆](méi)有異步任務(wù)的異步執(zhí)行撤嫩。）
（1）所有同步任務(wù)都在主線程上執(zhí)行，形成一個(gè)執(zhí)行棧（execution context stack）祥绞。
（2）主線程之外非洲，還存在一個(gè)"任務(wù)隊(duì)列"（task queue）。只要異步任務(wù)有了運(yùn)行結(jié)果蜕径，就在"任務(wù)隊(duì)列"之中放置一個(gè)事件两踏。
（3）一旦"執(zhí)行棧"中的所有同步任務(wù)執(zhí)行完畢，系統(tǒng)就會(huì)讀取"任務(wù)隊(duì)列"兜喻，看看里面有哪些事件梦染。那些對(duì)應(yīng)的異步任務(wù)，于是結(jié)束等待狀態(tài)朴皆，進(jìn)入執(zhí)行棧帕识，開(kāi)始執(zhí)行。
（4）主線程不斷重復(fù)上面的第三步遂铡。
下圖就是主線程和任務(wù)隊(duì)列的示意圖肮疗。
只要主線程空了，就會(huì)去讀取”任務(wù)隊(duì)列”扒接，這就是JavaScript的運(yùn)行機(jī)制伪货。這個(gè)過(guò)程會(huì)不斷重復(fù)。
三钾怔、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）碱呼，IO設(shè)備完成一項(xiàng)任務(wù)，就在”任務(wù)隊(duì)列”中添加一個(gè)事件宗侦，表示相關(guān)的異步任務(wù)可以進(jìn)入”執(zhí)行椨尥危”了。主線程讀取”任務(wù)隊(duì)列”矾利，就是讀取里面有哪些事件姑裂。
“任務(wù)隊(duì)列”中的事件馋袜，除了IO設(shè)備的事件以外，還包括一些用戶產(chǎn)生的事件（比如鼠標(biāo)點(diǎn)擊炭分、頁(yè)面滾動(dòng)等等）桃焕。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”捧毛，等待主線程讀取观堂。
所謂”回調(diào)函數(shù)”（callback），就是那些會(huì)被主線程掛起來(lái)的代碼呀忧。異步任務(wù)必須指定回調(diào)函數(shù)师痕，當(dāng)主線程開(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)而账。
“任務(wù)隊(duì)列”是一個(gè)先進(jìn)先出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)胰坟，排在前面的事件，優(yōu)先被主線程讀取泞辐。主線程的讀取過(guò)程基本上是自動(dòng)的笔横，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)入主線程咐吼。但是吹缔，由于存在后文提到的”定時(shí)器”功能，主線程首先要檢查一下執(zhí)行時(shí)間锯茄，某些事件只有到了規(guī)定的時(shí)間厢塘，才能返回主線程。
四肌幽、Event Loop
主線程從”任務(wù)隊(duì)列”中讀取事件晚碾，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)）喂急。
為了更好地理解Event Loop格嘁，請(qǐng)看下圖。（轉(zhuǎn)引自Philip Roberts的演講《Help, I’m stuck in an event-loop》）
上圖中廊移，主線程運(yùn)行的時(shí)候讥蔽，產(chǎn)生堆（heap）和棧（stack），棧中的代碼調(diào)用各種外部API画机，它們?cè)凇比蝿?wù)隊(duì)列”中加入各種事件（click，load新症，done）步氏。只要棧中的代碼執(zhí)行完畢，主線程就會(huì)去讀取”任務(wù)隊(duì)列”徒爹，依次執(zhí)行那些事件所對(duì)應(yīng)的回調(diào)函數(shù)荚醒。
執(zhí)行棧中的代碼（同步任務(wù)）芋类，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)例子界阁。
var req = new XMLHttpRequest();
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)侯繁，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)行完泡躯，系統(tǒng)才會(huì)去讀取”任務(wù)隊(duì)列”贮竟。所以，它與下面的寫(xiě)法等價(jià)较剃。
var req = new XMLHttpRequest();
req.open('GET', url);
req.send();
req.onload = function (){};
req.onerror = function (){};
也就是說(shuō)咕别，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)緊要写穴，因?yàn)樗鼈儗儆趫?zhí)行棧的一部分惰拱，系統(tǒng)總是執(zhí)行完它們，才會(huì)去讀取”任務(wù)隊(duì)列”啊送。
五偿短、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)事件馋没，即指定某些代碼在多少時(shí)間之后執(zhí)行昔逗。這叫做”定時(shí)器”（timer）功能，也就是定時(shí)執(zhí)行的代碼披泪。
定時(shí)器功能主要由setTimeout()和setInterval()這兩個(gè)函數(shù)來(lái)完成纤子，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)行款票，后者則為反復(fù)執(zhí)行控硼。以下主要討論setTimeout()。
setTimeout()接受兩個(gè)參數(shù)艾少，第一個(gè)是回調(diào)函數(shù)卡乾，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缚够，3幔妨，2，因?yàn)閟etTimeout()將第二行推遲到1000毫秒之后執(zhí)行谍椅。
如果將setTimeout()的第二個(gè)參數(shù)設(shè)為0误堡，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)雏吭。
setTimeout(function(){console.log(1);}, 0);
console.log(2);
上面代碼的執(zhí)行結(jié)果總是2锁施，1，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)悉抵。
總之肩狂，setTimeout(fn,0)的含義是，指定某個(gè)任務(wù)在主線程最早可得的空閑時(shí)間執(zhí)行姥饰，也就是說(shuō)傻谁，盡可能早得執(zhí)行。它在”任務(wù)隊(duì)列”的尾部添加一個(gè)事件列粪，因此要等到同步任務(wù)和”任務(wù)隊(duì)列”現(xiàn)有的事件都處理完审磁，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）篱竭，不得低于4毫秒力图，如果低于這個(gè)值，就會(huì)自動(dòng)增加掺逼。在此之前吃媒，老版本的瀏覽器都將最短間隔設(shè)為10毫秒。另外吕喘，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）赘那，通常不會(huì)立即執(zhí)行，而是每16毫秒執(zhí)行一次氯质。這時(shí)使用requestAnimationFrame()的效果要好于setTimeout()募舟。
需要注意的是，setTimeout()只是將事件插入了”任務(wù)隊(duì)列”闻察，必須等到當(dāng)前代碼（執(zhí)行棧）執(zhí)行完拱礁，主線程才會(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)辕漂，有可能要等很久呢灶，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)行钉嘹。
六鸯乃、Node.js的Event Loop
Node.js也是單線程的Event Loop，但是它的運(yùn)行機(jī)制不同于瀏覽器環(huán)境跋涣。
請(qǐng)看下面的示意圖（作者@BusyRich）缨睡。
根據(jù)上圖，Node.js的運(yùn)行機(jī)制如下陈辱。
（1）V8引擎解析JavaScript腳本奖年。
（2）解析后的代碼，調(diào)用Node API沛贪。
（3）libuv庫(kù)負(fù)責(zé)Node API的執(zhí)行拾并。它將不同的任務(wù)分配給不同的線程揍堰，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引擎嗅义。
（4）V8引擎再將結(jié)果返回給用戶。
除了setTimeout和setInterval這兩個(gè)方法隐砸，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之碗。它們可以幫助我們加深對(duì)”任務(wù)隊(duì)列”的理解。
process.nextTick方法可以在當(dāng)前”執(zhí)行椉鞠＃”的尾部—-下一次Event Loop（主線程讀取”任務(wù)隊(duì)列”）之前—-觸發(fā)回調(diào)函數(shù)褪那。也就是說(shuō)，它指定的任務(wù)總是發(fā)生在所有異步任務(wù)之前式塌。setImmediate方法則是在當(dāng)前”任務(wù)隊(duì)列”的尾部添加事件博敬，也就是說(shuō)，它指定的任務(wù)總是在下一次Event Loop時(shí)執(zhí)行峰尝，這與setTimeout(fn, 0)很像偏窝。請(qǐng)看下面的例子（via StackOverflow）。
process.nextTick(function A() {
console.log(1);
process.nextTick(function B(){console.log(2);});
});
setTimeout(function timeout() {
console.log('TIMEOUT FIRED');
}, 0)
// 1
// 2
// TIMEOUT FIRED
上面代碼中武学，由于process.nextTick方法指定的回調(diào)函數(shù)祭往，總是在當(dāng)前”執(zhí)行棧”的尾部觸發(fā)火窒，所以不僅函數(shù)A比setTimeout指定的回調(diào)函數(shù)timeout先執(zhí)行硼补，而且函數(shù)B也比timeout先執(zhí)行。這說(shuō)明熏矿，如果有多個(gè)process.nextTick語(yǔ)句（不管它們是否嵌套）已骇，將全部在當(dāng)前”執(zhí)行棧”執(zhí)行票编。
現(xiàn)在褪储，再看setImmediate。
setImmediate(function A() {
console.log(1);
setImmediate(function B(){console.log(2);});
});
setTimeout(function timeout() {
console.log('TIMEOUT FIRED');
}, 0);
上面代碼中栏妖，setImmediate與setTimeout(fn,0)各自添加了一個(gè)回調(diào)函數(shù)A和timeout乱豆，都是在下一次Event Loop觸發(fā)。那么吊趾，哪個(gè)回調(diào)函數(shù)先執(zhí)行呢宛裕？答案是不確定。運(yùn)行結(jié)果可能是1–TIMEOUT FIRED–2论泛，也可能是TIMEOUT FIRED–1–2揩尸。
令人困惑的是，Node.js文檔中稱(chēng)屁奏，setImmediate指定的回調(diào)函數(shù)岩榆，總是排在setTimeout前面。實(shí)際上，這種情況只發(fā)生在遞歸調(diào)用的時(shí)候勇边。
setImmediate(function (){
setImmediate(function A() {
console.log(1);
setImmediate(function B(){console.log(2);});
});
setTimeout(function timeout() {
console.log('TIMEOUT FIRED');
}, 0);
});
// 1
// TIMEOUT FIRED
// 2
上面代碼中犹撒，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粒褒，這時(shí)函數(shù)A一定在timeout前面觸發(fā)识颊。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奕坟，所以函數(shù)A和timeout是在同一輪Loop執(zhí)行祥款，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)行椩律迹”一次執(zhí)行完刃跛，多個(gè)setImmediate可能則需要多次loop才能執(zhí)行完。事實(shí)上苛萎，這正是Node.js 10.0版添加setImmediate方法的原因桨昙，否則像下面這樣的遞歸調(diào)用process.nextTick，將會(huì)沒(méi)完沒(méi)了首懈，主線程根本不會(huì)去讀取”事件隊(duì)列”绊率！
process.nextTick(function foo() {
process.nextTick(foo);
});
事實(shí)上，現(xiàn)在要是你寫(xiě)出遞歸的process.nextTick究履，Node.js會(huì)拋出一個(gè)警告滤否，要求你改成setImmediate。
另外最仑，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)藐俺，而setImmediate指定的是在下次”事件循環(huán)”觸發(fā)，所以很顯然泥彤，前者總是比后者發(fā)生得早欲芹，而且執(zhí)行效率也高（因?yàn)椴挥脵z查”任務(wù)隊(duì)列”）。
