深入浅出JavaScript运行机制

古城微笑少年丶 2022-03-31 11:16 332阅读 0赞

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## 一、引子 ##

本文介绍JavaScript运行机制，这一部分比较抽象，我们先从一道面试题入手：

console.log(1);
    setTimeout(function(){
    console.log(3);
    },0);
    console.log(2);
    请问数字打印顺序是什么？

这一题看似很简单，但如果你不了解JavaScript运行机制，很容易就答错了。题目的答案是依次输出1 2 3，如果你有疑惑，下文有详细解释。

## 二、理解JS的单线程的概念 ##

JavaScript语言的一大特点就是单线程，也就是说，**同一个时间只能做一件事**。那么，为什么JavaScript不能有多个线程呢？这样能提高效率啊。  
JavaScript的单线程，与它的用途有关。作为浏览器脚本语言，JavaScript的主要用途是与用户互动，以及操作DOM。这决定了它只能是单线程，否则会带来很复杂的同步问题。比如，假定JavaScript同时有两个线程，一个线程在某个DOM节点上添加内容，另一个线程删除了这个节点，这时浏览器应该以哪个线程为准？  
所以，为了避免复杂性，从一诞生，JavaScript就是单线程，这已经成了这门语言的核心特征，将来也不会改变。

## 三、理解任务队列(消息队列) ##

单线程就意味着，所有任务需要排队，前一个任务结束，才会执行后一个任务。如果前一个任务耗时很长，后一个任务就不得不一直等着。JavaScript语言的设计者意识到这个问题，将所有任务分成两种，**一种是同步任务（synchronous），另一种是异步任务（asynchronous）**。同步任务指的是，在主线程上排队执行的任务，只有前一个任务执行完毕，才能执行后一个任务；异步任务指的是，不进入主线程、而进入"任务队列"（task queue）的任务，只有"任务队列"通知主线程，某个异步任务可以执行了，该任务才会进入主线程执行。**异步任务包括宏任务和微任务(后面会重点介绍)**，接下来我们通过两个例子说明同步任务和异步任务的区别：

console.log("A");
    while(true){ }
    console.log("B");
    请问最后的输出结果是什么？

如果你的回答是A,恭喜你答对了，因为这是同步任务，程序由上到下执行，遇到while()死循环，下面语句就没办法执行。

console.log("A");
    setTimeout(function(){
    console.log("B");
    },0);
    while(true){}
    请问最后的输出结果是什么？

如果你的答案是A，恭喜你现在对js运行机制已经有个粗浅的认识了！题目中的setTimeout()就是个异步任务。**在所有同步任务执行完之前，任何的异步任务是不会执行的**，关于这点下文还会详细说明。

## 四、理解Event Loop ##

**异步执行的运行机制如下：**

1.  所有同步任务都在主线程上执行，形成一个执行栈（execution context stack）。
2.  主线程之外，还存在一个"任务队列"（task queue）。只要异步任务有了运行结果，就在"任务队列"之中放置一个事件。
3.  一旦"执行栈"中的所有同步任务执行完毕，系统就会读取"任务队列"，看看里面有哪些事件。那些对应的异步任务，于是结束等待状态，进入执行栈，开始执行。
4.  主线程不断重复上面的第三步。

**主线程从"任务队列"中读取事件，这个过程是循环不断的，所以整个的这种运行机制又称为Event Loop（事件循环）。只要主线程空了，就会去读取"任务队列"，这就是JavaScript的运行机制**。这个过程会循环反复。以下这张图可以很好说明这点。![3174701-2dc8312f8c9de253 (820Ã454)][3174701-2dc8312f8c9de253 _820_454]

## 五、哪些语句会放入异步任务队列及放入时机 ##

一般来说，有以下四种会放入异步任务队列：

1.  setTimeout和setlnterval
2.  DOM事件
3.  ES6中的Promise
4.  Ajax异步请求

**javascript 代码运行分两个阶段**：

**1、预解析---把所有的函数定义提前，所有的变量声明提前，变量的赋值不提前**

**2、执行---从上到下执行（按照js运行机制）**

至于放入异步任务队列的时机，我们通过 setTimeout的例子和Ajax例子来详细说明：

例题1
    for (var i = 0; i < 5; i++) {
    setTimeout(function() {  
     console.log(i);  
      }, 1000);
    }
    请问最后的输出结果是什么？

for循环一次碰到一个 setTimeout()，**并不是马上把setTimeout()拿到异步队列中，而要等到一秒后，才将其放到任务队列里面**，一旦"执行栈"中的所有同步任务执行完毕（即for循环结束，此时i已经为5），系统就会读取已经存放"任务队列"的setTimeout()（有五个），于是答案是输出5个5。

上面也提到，**在到达指定时间时，定时器就会将相应回调函数插入“任务队列”尾部。这就是“定时器（timer）”功能**。

**关于定时器的重要补充**：

定时器包括setTimeout与 setInterval 两个方法。它们的第二个参数是指定其回调函数推迟/每隔多少毫秒数后执行。

对于第二个参数有以下需要注意的地方：

当第二个参数缺省时，默认为 0；

当指定的值小于 4 毫秒，则增加到 4ms(4ms 是 HTML5 标准指定的，对于 2010 年及之前的浏览器则是 10ms);也就是说至少需要4毫秒，该setTimeout()拿到任务队列中。

例题2
    $.ajax({
    url：“xxxxx",
    success:function (result){
    console.log("a")
       }
    })
    setTimeout(function (){
    console.log("b")
    },100)
    setTimeout(function (){
    console.log("c")
    })
    console.log("d");

![3174701-e1d19e1d2912a653 (996Ã647)][3174701-e1d19e1d2912a653 _996_647]

ajax加载完成时才会放入异步队列，至于这段时间不确定，所有有两种情况：①大于100ms,最后的结果是 d c b a ;②小于100ms,最后的结果便是d c a b。

## 六、微任务(Microtask)与宏任务(Macrotask) ##

我们上面提到异步任务分为宏任务和微任务，**宏任务队列可以有多个，微任务队列只有一个**。

*  宏任务包括：**script(全局任务)**, setTimeout, setInterval, setImmediate, I/O, UI rendering。
 *  微任务包括: new Promise().then(回调), process.nextTick, Object.observe(已废弃), MutationObserver(html5新特性)

**当执行栈中的所有同步任务执行完毕时，是先执行宏任务还是微任务呢？**

*  由于执行代码入口都是全局任务 script，而全局任务属于宏任务，所以当栈为空，同步任务任务执行完毕时，会先执行微任务队列里的任务。
 *  微任务队列里的任务全部执行完毕后，会读取宏任务队列中拍最前的任务。
 *  执行宏任务的过程中，遇到微任务，依次加入微任务队列。
 *  栈空后，再次读取微任务队列里的任务，依次类推。
 *  ![1482713063-5bed3fa13cf7a\_articlex (560Ã532)][1482713063-5bed3fa13cf7a_articlex _560_532]

![bVbjBN2_w_560_h_532][]

一句话概括上面的流程图：**当某个宏任务队列的中的任务全部执行完以后,会查看是否有微任务队列。如果有，先执行微任务队列中的所有任务，如果没有，就查看是否有其他宏任务队列**。

接下来我们看两道例子来介绍上面流程：

Promise.resolve().then(()=>{
      console.log('Promise1')  
      setTimeout(()=>{
        console.log('setTimeout2')
      },0)
    })
    setTimeout(()=>{
      console.log('setTimeout1')
      Promise.resolve().then(()=>{
        console.log('Promise2')    
      })
    },0)

最后输出结果是Promise1，setTimeout1，Promise2，setTimeout2

*  一开始执行栈的同步任务执行完毕，会去查看是否有微任务队列，上题中存在(有且只有一个)，然后执行微任务队列中的所有任务输出Promise1，同时会生成一个宏任务 setTimeout2
 *  然后去查看宏任务队列，宏任务 setTimeout1 在 setTimeout2 之前，先执行宏任务 setTimeout1，输出 setTimeout1
 *  在执行宏任务setTimeout1时会生成微任务Promise2 ，放入微任务队列中，接着先去清空微任务队列中的所有任务，输出 Promise2
 *  清空完微任务队列中的所有任务后，就又会去宏任务队列取一个，这回执行的是 setTimeout2

console.log('----------------- start -----------------');
    setTimeout(() => {
      console.log('setTimeout');
    }, 0)
    new Promise((resolve, reject) =>{
      for (var i = 0; i < 5; i++) {
        console.log(i);
      }
      resolve();  // 修改promise实例对象的状态为成功的状态
    }).then(() => {
      console.log('promise实例成功回调执行');
    })
    console.log('----------------- end -----------------');

![bVbjCEd_w_481_h_184][]

## ![763340023-5bed97d166b3c\_articlex (481Ã184)][763340023-5bed97d166b3c_articlex _481_184] ##

## 七、题外话 ##

如果要输出0~4，上面例题应该如何修改？

1.  将var变为let

for (let i = 0; i < 5; i++) {
    setTimeout(function() {  
      console.log(i);
      }, 1000);
    }

2.加个立即执行函数

for (var i = 0; i < 5; i++) {
    (function(i){
    setTimeout(function() {  
      console.log(i);
      }, 1000);
    })(i)
    }

3.也可以通过这样加闭包

for(var i = 1;i < 5;i++){  
      var a = function(){  
          var j = i;    
        setTimeout(function(){  
              console.log(j);  
          },1000)  
      }    
    a();
    }

**文章于2018.11.15重新修改，如果觉得文章对你有些许帮助，欢迎在[我的GitHub博客][GitHub]点赞和关注，感激不尽！**

## 八、参考资料 ##

### [JavaScript 运行机制详解：再谈Event Loop][JavaScript _Event Loop] ###

### [关于JavaScript单线程的一些事][JavaScript] ###

### [JS事件循环机制（event loop）之宏任务/微任务][JS_event loop] ###

### [前端基础进阶（十二）：深入核心，详解事件循环机制][Link 1] ###

### [事件循环机制的那些事][Link 2] ###

### 关于Fundebug ###

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[Fundebug]: https://www.fundebug.com/
[3174701-2dc8312f8c9de253 _820_454]: /images/20220331/b84fc51a47f94f31a2289c1abc68d4ff.png
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[1482713063-5bed3fa13cf7a_articlex _560_532]: /images/20220331/472c21f2e70849209ed2bfc51ec83e99.png
[bVbjBN2_w_560_h_532]: /images/20220331/b50f60bb8e9f4c86a990afca252112b9.png
[bVbjCEd_w_481_h_184]: /images/20220331/f4cad571ba544391a7c187c7d84cedfc.png
[763340023-5bed97d166b3c_articlex _481_184]: /images/20220331/e744a4c39dbc411fa8da9eb3d3eac094.png
[GitHub]: https://github.com/ljianshu/Blog
[JavaScript _Event Loop]: http://www.ruanyifeng.com/blog/2014/10/event-loop.html
[JavaScript]: https://github.com/JChehe/blog/blob/master/posts/%E5%85%B3%E4%BA%8EJavaScript%E5%8D%95%E7%BA%BF%E7%A8%8B%E7%9A%84%E4%B8%80%E4%BA%9B%E4%BA%8B.md
[JS_event loop]: https://juejin.im/post/5b498d245188251b193d4059
[Link 1]: https://www.jianshu.com/p/12b9f73c5a4f#
[Link 2]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAxODE2MjM1MA==&mid=2651555331&idx=1&sn=5a063db73329a9d8ea5c38d8eeb50741&chksm=802551c2b752d8d4020514337f9987cc6611ba878525c45507cbb9ceb52b92e060f50e76c48d&mpshare=1&scene=1&srcid=1115P2jpgUGueMlTaRe9UFYu#rd
[Link 3]: https://www.baidu.com/s?wd=%E9%87%91%E5%B1%B1%E8%BD%AF%E4%BB%B6&tn=24004469_oem_dg&rsv_dl=gh_pl_sl_csd
[Link 4]: https://www.baidu.com/s?wd=%E7%99%BE%E5%A7%93%E7%BD%91&tn=24004469_oem_dg&rsv_dl=gh_pl_sl_csd
[2018121912254161]: /images/20220331/552f17c299af47ae8a7f207115d62d8b.png