一析蝴、為什么JavaScript是單線程害捕？
JavaScript語(yǔ)言的一大特點(diǎn)就是單線程，也就是說(shuō)闷畸，同一個(gè)時(shí)間只能做一件事尝盼。那么，為什么JavaScript不能有多個(gè)線程呢佑菩？這樣能提高效率啊盾沫。
JavaScript的單線程，與它的用途有關(guān)殿漠。作為瀏覽器腳本語(yǔ)言赴精，JavaScript的主要用途是與用戶互動(dòng)，以及操作DOM绞幌。這決定了它只能是單線程蕾哟，否則會(huì)帶來(lái)很復(fù)雜的同步問題。比如莲蜘，假定JavaScript同時(shí)有兩個(gè)線程谭确，一個(gè)線程在某個(gè)DOM節(jié)點(diǎn)上添加內(nèi)容，另一個(gè)線程刪除了這個(gè)節(jié)點(diǎn)票渠，這時(shí)瀏覽器應(yīng)該以哪個(gè)線程為準(zhǔn)逐哈？
所以，為了避免復(fù)雜性问顷，從一誕生昂秃，JavaScript就是單線程，這已經(jīng)成了這門語(yǔ)言的核心特征杜窄，將來(lái)也不會(huì)改變肠骆。
為了利用多核CPU的計(jì)算能力，HTML5提出Web Worker標(biāo)準(zhǔn)羞芍，允許JavaScript腳本創(chuàng)建多個(gè)線程哗戈，但是子線程完全受主線程控制郊艘，且不得操作DOM荷科。所以唯咬，這個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)并沒有改變JavaScript單線程的本質(zhì)。
二畏浆、任務(wù)隊(duì)列
單線程就意味著胆胰，所有任務(wù)需要排隊(duì)，前一個(gè)任務(wù)結(jié)束刻获，才會(huì)執(zhí)行后一個(gè)任務(wù)蜀涨。如果前一個(gè)任務(wù)耗時(shí)很長(zhǎng)，后一個(gè)任務(wù)就不得不一直等著蝎毡。
如果排隊(duì)是因?yàn)橛?jì)算量大厚柳，CPU忙不過(guò)來(lái)，倒也算了沐兵，但是很多時(shí)候CPU是閑著的别垮，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)扎谎，再往下執(zhí)行碳想。
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)備毁靶，掛起處于等待中的任務(wù)胧奔，先運(yùn)行排在后面的任務(wù)。等到IO設(shè)備返回了結(jié)果预吆，再回過(guò)頭龙填，把掛起的任務(wù)繼續(xù)執(zhí)行下去。
于是啡浊，所有任務(wù)可以分成兩種觅够，一種是同步任務(wù)（synchronous），另一種是異步任務(wù)（asynchronous）巷嚣。同步任務(wù)指的是喘先，在主線程上排隊(duì)執(zhí)行的任務(wù)，只有前一個(gè)任務(wù)執(zhí)行完畢廷粒，才能執(zhí)行后一個(gè)任務(wù)窘拯；異步任務(wù)指的是，不進(jìn)入主線程坝茎、而進(jìn)入"任務(wù)隊(duì)列"（task queue）的任務(wù)涤姊，只有"任務(wù)隊(duì)列"通知主線程，某個(gè)異步任務(wù)可以執(zhí)行了嗤放，該任務(wù)才會(huì)進(jìn)入主線程執(zhí)行思喊。
具體來(lái)說(shuō)，異步執(zhí)行的運(yùn)行機(jī)制如下次酌。（同步執(zhí)行也是如此恨课，因?yàn)樗梢员灰暈闆]有異步任務(wù)的異步執(zhí)行舆乔。）
（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）剂公。
（2）主線程之外希俩，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)果纲辽，就在"任務(wù)隊(duì)列"之中放置一個(gè)事件颜武。
（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"拖吼，看看里面有哪些事件鳞上。那些對(duì)應(yīng)的異步任務(wù)，于是結(jié)束等待狀態(tài)吊档，進(jìn)入執(zhí)行棧因块，開始執(zhí)行。
（4）主線程不斷重復(fù)上面的第三步籍铁。
下圖就是主線程和任務(wù)隊(duì)列的示意圖涡上。
只要主線程空了，就會(huì)去讀取"任務(wù)隊(duì)列"拒名，這就是JavaScript的運(yùn)行機(jī)制吩愧。這個(gè)過(guò)程會(huì)不斷重復(fù)。
三增显、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）雁佳，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)事件同云，表示相關(guān)的異步任務(wù)可以進(jìn)入"執(zhí)行棧"了糖权。主線程讀取"任務(wù)隊(duì)列"，就是讀取里面有哪些事件炸站。
"任務(wù)隊(duì)列"中的事件星澳，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)擊旱易、頁(yè)面滾動(dòng)等等）禁偎。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"阀坏，等待主線程讀取如暖。
所謂"回調(diào)函數(shù)"（callback）忌堂，就是那些會(huì)被主線程掛起來(lái)的代碼盒至。異步任務(wù)必須指定回調(diào)函數(shù)，當(dāng)主線程開始執(zhí)行異步任務(wù)，就是執(zhí)行對(duì)應(yīng)的回調(diào)函數(shù)枷遂。
"任務(wù)隊(duì)列"是一個(gè)先進(jìn)先出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)寝蹈，排在前面的事件，優(yōu)先被主線程讀取登淘。主線程的讀取過(guò)程基本上是自動(dòng)的，只要執(zhí)行棧一清空封字，"任務(wù)隊(duì)列"上第一位的事件就自動(dòng)進(jìn)入主線程黔州。但是，由于存在后文提到的"定時(shí)器"功能阔籽，主線程首先要檢查一下執(zhí)行時(shí)間流妻，某些事件只有到了規(guī)定的時(shí)間，才能返回主線程笆制。
四绅这、Event Loop
主線程從"任務(wù)隊(duì)列"中讀取事件，這個(gè)過(guò)程是循環(huán)不斷的在辆，所以整個(gè)的這種運(yùn)行機(jī)制又稱為Event Loop（事件循環(huán)）证薇。
為了更好地理解Event Loop，請(qǐng)看下圖匆篓。
上圖中浑度，主線程運(yùn)行的時(shí)候，產(chǎn)生堆（heap）和棧（stack）鸦概，棧中的代碼調(diào)用各種外部API箩张，它們?cè)?任務(wù)隊(duì)列"中加入各種事件（click，load窗市，done）先慷。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"咨察，依次執(zhí)行那些事件所對(duì)應(yīng)的回調(diào)函數(shù)论熙。
執(zhí)行棧中的代碼（同步任務(wù)），總是在讀取"任務(wù)隊(duì)列"（異步任務(wù)）之前執(zhí)行摄狱。請(qǐng)看下面這個(gè)例子赴肚。
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)，它是一個(gè)異步任務(wù)二蓝，意味著只有當(dāng)前腳本的所有代碼執(zhí)行完誉券，系統(tǒng)才會(huì)去讀取"任務(wù)隊(duì)列"。所以刊愚，它與下面的寫法等價(jià)踊跟。
var req = new XMLHttpRequest();
req.open('GET', url);
req.send();
req.onload = function (){};
req.onerror = function (){};
也就是說(shuō)，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)緊要商玫，因?yàn)樗鼈儗儆趫?zhí)行棧的一部分箕憾，系統(tǒng)總是執(zhí)行完它們，才會(huì)去讀取"任務(wù)隊(duì)列"拳昌。
五袭异、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)事件炬藤，即指定某些代碼在多少時(shí)間之后執(zhí)行御铃。這叫做"定時(shí)器"（timer）功能，也就是定時(shí)執(zhí)行的代碼沈矿。
定時(shí)器功能主要由setTimeout()和setInterval()這兩個(gè)函數(shù)來(lái)完成上真，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)行羹膳，后者則為反復(fù)執(zhí)行睡互。以下主要討論setTimeout()。
setTimeout()接受兩個(gè)參數(shù)陵像，第一個(gè)是回調(diào)函數(shù)就珠，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醒颖，3嗓违，2，因?yàn)閟etTimeout()將第二行推遲到1000毫秒之后執(zhí)行图贸。
如果將setTimeout()的第二個(gè)參數(shù)設(shè)為0蹂季，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)疏日。
setTimeout(function(){console.log(1);}, 0);
console.log(2);
上面代碼的執(zhí)行結(jié)果總是2偿洁，1，因?yàn)橹挥性趫?zhí)行完第二行以后沟优，系統(tǒng)才會(huì)去執(zhí)行"任務(wù)隊(duì)列"中的回調(diào)函數(shù)涕滋。
總之，setTimeout(fn,0)的含義是挠阁，指定某個(gè)任務(wù)在主線程最早可得的空閑時(shí)間執(zhí)行宾肺，也就是說(shuō)，盡可能早得執(zhí)行侵俗。它在"任務(wù)隊(duì)列"的尾部添加一個(gè)事件锨用，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，才會(huì)得到執(zhí)行隘谣。
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）增拥，不得低于4毫秒，如果低于這個(gè)值，就會(huì)自動(dòng)增加掌栅。在此之前秩仆，老版本的瀏覽器都將最短間隔設(shè)為10毫秒。另外猾封，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）澄耍，通常不會(huì)立即執(zhí)行，而是每16毫秒執(zhí)行一次晌缘。這時(shí)使用requestAnimationFrame()的效果要好于setTimeout()齐莲。
需要注意的是，setTimeout()只是將事件插入了"任務(wù)隊(duì)列"枚钓，必須等到當(dāng)前代碼（執(zhí)行棧）執(zhí)行完，主線程才會(huì)去執(zhí)行它指定的回調(diào)函數(shù)瑟押。要是當(dāng)前代碼耗時(shí)很長(zhǎng)搀捷，有可能要等很久，所以并沒有辦法保證多望，回調(diào)函數(shù)一定會(huì)在setTimeout()指定的時(shí)間執(zhí)行嫩舟。
六、宏任務(wù)與微任務(wù)
- macro-task(宏任務(wù))：包括整體代碼script怀偷，setTimeout家厌，setInterval
- micro-task(微任務(wù))：Promise，process.nextTick
不同類型的任務(wù)會(huì)進(jìn)入對(duì)應(yīng)的Event Queue椎工，比如setTimeout和setInterval會(huì)進(jìn)入相同的Event Queue饭于。
事件循環(huán)的順序，決定js代碼的執(zhí)行順序维蒙。進(jìn)入整體代碼(宏任務(wù))后掰吕，開始第一次循環(huán)。接著執(zhí)行所有的微任務(wù)颅痊。然后再次從宏任務(wù)開始殖熟，找到其中一個(gè)任務(wù)隊(duì)列執(zhí)行完畢，再執(zhí)行所有的微任務(wù)斑响。聽起來(lái)有點(diǎn)繞菱属，我們用文章最開始的一段代碼說(shuō)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(wù)，進(jìn)入主線程舰罚。
- 先遇到setTimeout纽门，那么將其回調(diào)函數(shù)注冊(cè)后分發(fā)到宏任務(wù)Event Queue。(注冊(cè)過(guò)程與上同营罢，下文不再描述)
- 接下來(lái)遇到了Promise膜毁，new Promise立即執(zhí)行，then函數(shù)分發(fā)到微任務(wù)Event Queue。
- 遇到console.log()瘟滨，立即執(zhí)行候醒。
- 好啦，整體代碼script作為第一個(gè)宏任務(wù)執(zhí)行結(jié)束杂瘸，看看有哪些微任務(wù)倒淫？我們發(fā)現(xiàn)了then在微任務(wù)Event Queue里面，執(zhí)行败玉。
- ok敌土，第一輪事件循環(huán)結(jié)束了，我們開始第二輪循環(huán)运翼，當(dāng)然要從宏任務(wù)Event Queue開始返干。我們發(fā)現(xiàn)了宏任務(wù)Event Queue中setTimeout對(duì)應(yīng)的回調(diào)函數(shù)，立即執(zhí)行血淌。
- 結(jié)束矩欠。
事件循環(huán)，宏任務(wù)悠夯，微任務(wù)的關(guān)系如圖所示：
我們來(lái)分析一段較復(fù)雜的代碼癌淮，看看你是否真的掌握了js的執(zhí)行機(jī)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(huán)流程分析如下：
- 整體script作為第一個(gè)宏任務(wù)進(jìn)入主線程，遇到console.log沦补，輸出1乳蓄。
- 遇到setTimeout，其回調(diào)函數(shù)被分發(fā)到宏任務(wù)Event Queue中夕膀。我們暫且記為setTimeout1虚倒。
- 遇到process.nextTick()，其回調(diào)函數(shù)被分發(fā)到微任務(wù)Event Queue中产舞。我們記為process1裹刮。
- 遇到Promise，new Promise直接執(zhí)行庞瘸，輸出7捧弃。then被分發(fā)到微任務(wù)Event Queue中。我們記為then1擦囊。
-
又遇到了setTimeout违霞，其回調(diào)函數(shù)被分發(fā)到宏任務(wù)Event Queue中，我們記為setTimeout2瞬场。
image.png - 上表是第一輪事件循環(huán)宏任務(wù)結(jié)束時(shí)各Event Queue的情況买鸽，此時(shí)已經(jīng)輸出了1和7。
- 我們發(fā)現(xiàn)了process1和then1兩個(gè)微任務(wù)贯被。
- 執(zhí)行process1,輸出6眼五。
- 執(zhí)行then1妆艘，輸出8。
好了看幼，第一輪事件循環(huán)正式結(jié)束批旺，這一輪的結(jié)果是輸出1，7诵姜，6汽煮，8。那么第二輪時(shí)間循環(huán)從setTimeout1宏任務(wù)開始： -
首先輸出2棚唆。接下來(lái)遇到了process.nextTick()暇赤，同樣將其分發(fā)到微任務(wù)Event Queue中，記為process2宵凌。new Promise立即執(zhí)行輸出4鞋囊，then也分發(fā)到微任務(wù)Event Queue中，記為then2瞎惫。
image.png - 第二輪事件循環(huán)宏任務(wù)結(jié)束溜腐，我們發(fā)現(xiàn)有process2和then2兩個(gè)微任務(wù)可以執(zhí)行。
- 輸出3微饥。
- 輸出5逗扒。
- 第二輪事件循環(huán)結(jié)束古戴，第二輪輸出2欠橘，4，3现恼，5肃续。
- 第三輪事件循環(huán)開始，此時(shí)只剩setTimeout2了叉袍，執(zhí)行始锚。
- 直接輸出9。
- 將process.nextTick()分發(fā)到微任務(wù)Event Queue中喳逛。記為process3瞧捌。
- 直接執(zhí)行new Promise，輸出11润文。
-
將then分發(fā)到微任務(wù)Event Queue中姐呐，記為then3。
image.png - 第三輪事件循環(huán)宏任務(wù)執(zhí)行結(jié)束典蝌，執(zhí)行兩個(gè)微任務(wù)process3和then3曙砂。
- 輸出10。
- 輸出12骏掀。
- 第三輪事件循環(huán)結(jié)束鸠澈，第三輪輸出9柱告，11，10笑陈，12际度。
整段代碼，共進(jìn)行了三次事件循環(huán)新锈，完整的輸出為1甲脏，7，6妹笆，8块请，2，4拳缠，3墩新，5，9窟坐，11海渊，10，12哲鸳。 (請(qǐng)注意臣疑，node環(huán)境下的事件監(jiān)聽依賴libuv與前端環(huán)境不完全相同，輸出順序可能會(huì)有誤差)
