深入理解Javascript單執行緒談Event Loop
- 2019 年 10 月 6 日
- 筆記
假如面試回答js的運行機制時，你可能說出這麼一段話：「Javascript的事件分同步任務和非同步任務，遇到同步任務就放在執行棧中執行，而碰到非同步任務就放到任務隊列之中，等到執行棧執行完畢之後再去執行任務隊列之中的事件。」但你能說出背後的原因嗎？
1.執行緒與進程
進程：是系統資源分配和調度的單元。一個運行著的程式就對應了一個進程。一個進程包括了運行中的程式和程式所使用到的記憶體和系統資源。
執行緒：執行緒是進程下的執行者，一個進程至少會開啟一個執行緒（主執行緒），也可以開啟多個執行緒。
2.同步和非同步
同步和非同步關注的是：消息（結果）通訊機制。
同步：發出調用後，在沒有得到結果前，該調用不返回。但是一旦調用返回，就得到返回值
非同步：發出調用後，調用直接返回，沒有返回結果。但結果由回調函數給出，至於什麼時候給出，不知道。（這個回調函數肯定是在當前js執行完後才執行）
3.阻塞與非阻塞
阻塞和非阻塞關注的是：程式在等待調用結果時的狀態.
阻塞調用：調用結果返回之前，當前執行緒被掛起。調用執行緒只有在得到結果後才會返回。 非阻塞調用：在不能立刻得到結果之前，該調用不會阻塞當前執行緒。
4.為什麼JavaScript是單執行緒？
JavaScript是單執行緒，程式按照順序排列，前面的必須處理好，後面的才會執行。JavaScript的設計初衷是作為瀏覽器腳本語言，主要是簡單用戶交互、操作DOM等，所以這門語言要圍繞單執行緒來設計，否則出現複雜的同步問題。
5.Js的單執行緒與非同步矛盾嗎？
不矛盾！！！首先記住這句話：Js執行是單執行緒，但瀏覽器是多執行緒。
5.1：JS的單執行緒
一個瀏覽器進程中只有一個JS的執行執行緒，同一時刻內只會有一段程式碼在執行。
5.2：瀏覽器是多執行緒
查閱資料，有些文章也說是模組，本文就以瀏覽器是多執行緒來說，它有以下常駐執行緒：
渲染引擎執行緒：負責頁面的渲染。
JS引擎執行緒：負責JS的解析和執行（本文說的主執行緒就指js引擎執行緒）
定時器觸發執行緒：處理定時事件，比如setTimeout, setInterval
事件觸發執行緒：處理DOM事件
非同步http請求執行緒：處理http請求
瀏覽器是Js的使用場景，瀏覽器本身是典型的 GUI 工作執行緒（GUI 工作執行緒在絕大多數系統中都實現為事件處理，避免阻塞交互）。故瀏覽器是事件驅動的（Event driven），瀏覽器中很多行為是非同步，會創建事件並放入任務隊列中。
由於Javascript 是單執行緒，它需要藉助非同步完成耗時或者時間不確定的操作，這些操作由瀏覽器的其它執行緒執行，這形成了非同步事件驅動。非同步事件驅動往往由瀏覽器的兩個或以上常駐執行緒共同完成的。例如ajax非同步請求是由JS執行執行緒和非同步http請求執行緒，事件觸發執行緒共同完成的。
6.事件循環機制（Event Loop）
6.1：棧
函數調用形成一個棧幀。
function foo(b) { let a = 10; return a + b + 11; } function bar(x) { let y = 3; return foo(x * y); } console.log(bar(7));
當調用 bar 時，創建了第一個幀 ，幀中包含了 bar 的參數和局部變數。
當 bar 調用 foo 時，第二個幀就被創建，並被壓到第一個幀之上，幀中包含了 foo 的參數和局部變數。
當 foo 返回時，最上層的幀就被彈出棧（剩下 bar 函數的調用幀 ）。
當 bar 返回的時候，棧就空了。
6.2：堆
對象被分配在一個堆中，一個用以表示一個記憶體中大的未被組織的區域。
每一個執行緒只有一個棧，每一個程式只有一個堆。
6.3：隊列
一個 JavaScript 運行時包含了一個待處理的消息隊列。每一個消息都與一個函數相關聯。
當棧為空時，從隊列中取出一個消息進行處理。這個處理過程包含了調用與這個消息相關聯的函數。
當棧再次為空的時候，也就意味著消息處理結束。
7.任務隊列（消息隊列）
任務隊列是一個先進先出的數據結構，當主執行緒執行棧一清空，任務隊列的回調函數就自動進入主執行緒。任務分成兩種：
1、同步任務：在主執行緒上排隊執行的任務。只有執行完當前任務，才能執行後一個任務。
2、非同步任務：該任務不進入主執行緒、而進入任務隊列。當執行棧清空後，才去執行任務隊列中的任務。
8.非同步執行的運行機制
由於JavaScript只能一次執行一段程式碼（由於其單執行緒性質），這些程式碼塊中的每一個都「阻止」其他非同步事件的進度。這意味著當非同步事件發生時（如滑鼠點擊，定時器觸發或XMLHttpRequest完成），它將排隊等待稍後執行（這種排隊實際發生的確定會因瀏覽器到瀏覽器而異）。
1、所有同步任務都在主執行緒上執行，形成一個執行棧。
2、當遇到非同步任務時（IO設備操作等），就在任務隊列中添加一個事件，這個事件對應著該非同步任務的回調函數。
3、執行棧中的所有同步任務執行完畢，系統就會讀取任務隊列，進入執行棧，開始執行。
4、主執行緒不斷重複第三步。這就形成了事件循環
結論：Javascript的事件分同步任務和非同步任務，遇到同步任務就放在執行棧中執行，而碰到非同步任務就放到任務隊列之中，等到執行棧執行完畢之後再去執行任務隊列之中的事件。
9.事件和回調函數的概念必要說明
- 工作執行緒：是本文對除了js引擎執行緒之外的其它執行緒的統稱
- 回調函數：在一個函數中調用另外一個函數。這裡指非同步場景下為了非阻塞那些被主執行緒掛起來的程式碼。
- 主執行緒讀取任務隊列，就是讀取裡面有哪些事件，執行對應的回調函數。
工作執行緒完成一項任務，就向任務隊列中添加一個事件。這裡的完成任務是指完成操作（click、mouse、touch，ajax的數據完全請求回來……），並非指執行它的回調函數
a.onclick = function () { console.log("roro") }
如上段程式碼，僅是操作了click，但並沒有執行回調函數列印roro
10.事件循環
事件循環是：主執行緒重複從任務隊列中取消息（事件），執行對應回調函數的過程。
上圖中，主執行緒運行的時候，產生堆（heap）和棧（stack），棧中的程式碼調用各種外部API，它們在任務隊列中加入各種事件（click，load，done）。只要執行引擎棧棧中的程式碼執行完畢，主執行緒就會去讀取任務隊列，依次執行那些事件所對應的回調函數。
11.定時器
setTimeout(function () { console.log('a'); }, 5000)
Javascript執行引擎（主執行緒）運行的時候，產生堆和棧。程式中程式碼依次進入棧中等待執行，當調用setTimeout()方法時，在瀏覽器的定時器執行緒下處理延時方法，當setTimeout方法執行5秒後，到達觸發條件，方法被添加到用於回調的任務隊列。
當執行引擎的執行棧為空，執行引擎開始輪詢檢查任務隊列是否有任務需要被執行，當檢查到已經符合執行條件的延時方法時，將延時方法console.log('a')壓入執行棧，引擎發現調用了log()方法，於是又將log()方法入棧。然後對執行棧依次出棧執行，輸出『a』，清空執行棧，整個執行完畢。
12.setTimeout(fn，0)是立即執行嗎？
btn.onclick = function () { setTimeout(function () { console.log('a') }, 0); }
setTimeout(fn,0)的含義是：指定某個任務在主執行緒的空閑時間下，儘可能早地執行。它被添加進任務隊列，因此要等到同步任務和任務隊列中的前一個事件都處理完，才會執行。
13.ajax非同步請求是否真的非同步?
1、JS的執行執行緒（主執行緒）發起非同步請求，瀏覽器會開一條新的HTTP請求執行緒來執行請求，繼續執行棧中剩下的任務，
2、在新執行緒（HTTP請求執行緒）中，在執行請求的同時，瀏覽器會正常處理其他任務的執行。
3、在未來的某一時刻，當數據完全請求回來以後，事件觸發執行緒監視到之前發起的HTTP請求已完成，會將指定的回調函數放入任務隊列中。
4、當瀏覽器執行棧空閑時，去掃描任務隊列中的回調函數，依次壓入執行棧中處理。
所以：ajax請求是非同步。由瀏覽器新開一個執行緒請求，事件回調的時候放入Event loop任務隊列等候處理。詳細的例子，可以參考MDN文檔對ajax的描述：同步和非同步
誤解：事件循環類似棧或隊列
這裡順帶提一下：事件循環雖然涉及到類似隊列的結構，並不是採用棧的方式處理任務。事件循環作為一個進程被劃分為多個階段，每個階段處理一些特定任務，各階段輪詢調度。這些階段可以是定時器處理，dom事件處理，ajax非同步處理……
結語
JavaScript引擎只有一個執行緒，強制非同步事件排隊等待執行，Javascript語言的事件循環，是瀏覽器的處理和行為。另外，本文是我個人的學習筆記，通篇結合個人的理解，在某些地方表述不嚴謹，如有錯誤，希望指出。
