了解JS单线程和任务队列！

港控/mmm° 2023-07-22 05:00 12阅读 0赞

一、单线程和任务队列

*  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待。
 *  如果排队是因为计算量过大，CPU忙不过来，倒也算了，但是很多时候CPU是闲着的，因为IO设备(输入输出设备)很慢（比如Ajax操作从网络读取数据），不得不等着结果出来，再往下执行!
 *  JavaScript语言的设计者意识到，这时主线程完全可以不管IO设备，挂起处于等待中的任务，先运行排在后边的任务，等到IO设备返回了结果，再回过头把挂起的任务继续执行下去。
 *  于是，所有的任务可以分为两种，一种是同步任务（synchronous），另外一种是异步任务(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。

具体来说，异步执行的运行机制如下（同步执行也是如此，因为它可以被视为没有异步任务的异步执行）

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”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”，看看里边有哪些事件。哪些对应的异步任务，于是结束等待 
       状态，进入“执行栈”开始执行。
    4. 主线程不断重复上边的第三步。

下边就是主线程和任务队列的示意图：

![format_png][]

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主要主线程空了，就会去读取“任务队列”，这就是JavaScript的运行机制，这个过程会不断重复。

二、事件和回调函数

*  “任务队列”是一个事件的队列（也可以理解成消息的队列），IO设备完成一项任务，就在“任务队列”中添加一个事件，表示相关的异步任务可以进入“执行栈”了，主线程读取“任务队列”，即使读取里边有哪些事件。
 *  “任务队列”里边的事件，除了IO设备的事件以外，还包括一些用户产生的事件（比如鼠标点击，页面滚动等等）。只要指定过回调函数，这些事件发生时，就会进入任务队列，等待主线程读取。
 *  所谓“回调函数”(callback)，就是那些会被主线程挂起来的代码。异步任务必须执行回调函数，当主线程开始执行异步任务，就是执行对应的回调函数。
 *  “任务队列”是一个先进先出的数据结构，排在前边的事件，优先被主线程读取。主线程的读取过程，基本上市自动的，只要“执行栈”一清空，“任务队列”上第一位的事件，就会自动进入主线程。但是由于存在后文存提到的“定时器”功能，主线程首先要检查一下执行时间，某些事件，只有到了规定时间，才能返回主线程。

三、Event Loop

*  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）。  
    为了更好地理解Event Loop，请看下图（转引自Philip Roberts的演讲[《Help, I'm stuck in an event-loop》][Help_ I_m stuck in an event-loop]）。
    
    ![format_png 1][]
    
    image.png

上图中，主线程运行的时候，产生堆（heap）和栈（stack），栈中的代码调用各种外部API，它们在任务队列中加入各种事件（click，load，done）。只要栈中的代码执行完毕，主线程就会去读取“任务队列”，依次执行那些事件，所对应的回调函数。  
执行栈中的代码（同步任务），总是在读取“任务队列”（异步任务）之前执行，请看下边的例子：

var req = new XMLHttpRequest();
        req.open('GET', url);    
        req.onload = function (){};    
        req.onerror = function (){};    
        req.send();

上面代码中的req.send方法是Ajax操作向服务器发送数据，它是一个异步任务，意味着只有当前脚本的所有代码执行完，系统才会去读取"任务队列"。所以，它与下面的写法等价。

var req = new XMLHttpRequest();
        req.open('GET', url);
        req.send();
        req.onload = function (){};    
        req.onerror = function (){};

也就是说，指定回调函数的部分（onload和onerror），在send()方法的前面或后面无关紧要，因为它们属于执行栈的一部分，系统总是执行完它们，才会去读取"任务队列"。

四、定时器

*  除了放置异步任务的事件，“任务队列”还可以放置定时事件，即指定某些代码，在多少时间后执行。这叫做定时器功能（timer）,也就是定时执行的代码。
 *  定时器功能主要由 setTimeout()和setInterval()这两个函数来完成，它们的内部运行机制完全一样，区别在于前者指定的代码是一次性执行，后者则为反复执行，以下主要讨论setTimeout()。  
    setTimeout()接受两个参数，第一个是回调函数，第二个是推迟执行的毫秒数。

console.log(1);
    setTimeout(function(){console.log(2);},1000);
    console.log(3);

上面代码的执行结果是1，3，2，因为setTimeout()将第二行推迟到1000毫秒之后执行。  
如果将setTimeout()的第二个参数设为0，就表示当前代码执行完（执行栈清空）以后，立即执行（0毫秒间隔）指定的回调函数。

setTimeout(function(){console.log(1);}, 0);
    console.log(2);

上面代码的执行结果总是2，1，因为只有在执行完第二行以后，系统才会去执行"任务队列"中的回调函数。

*  总之，setTimeout(fn,0)的含义是，指定某个任务，在主线程最早可得的空闲时间执行，也就是说，尽可能早的执行。它在“任务队列”的尾部添加一个事件，因此要等到同步任务和“任务队列”中的现有事件，都处理完，才会得到执行。
 *  HTML5标准规定了setTimeout()的第二个参数的最小值（最短间隔），不得低于4毫秒，如果低于这个值，就会自动增加。在此之前，老版本的浏览器都将最短间隔设为10毫秒。另外，对于那些DOM的变动（尤其是涉及页面重新渲染的部分），通常不会立即执行，而是每16毫秒执行一次。这时使用requestAnimationFrame()的效果要好于setTimeout()。
 *  需要注意的是，setTimeout()只是将事件插入了"任务队列"，必须等到当前代码（执行栈）执行完，主线程才会去执行它指定的回调函数。要是当前代码耗时很长，有可能要等很久，所以并没有办法保证，回调函数一定会在setTimeout()指定的时间执行。

[format_png]: /images/20230528/e957b692694a45468c60d272f87098c4.png
[Help_ I_m stuck in an event-loop]: http://vimeo.com/96425312
[format_png 1]: /images/20230528/acc7a17b1c2e41fb971c92003ba0d177.png