一、概念理解
1.关于javascript
javascript是一门单线程语言,在最新的HTML5中提出了Web-Worker,但javascript是单线程这一核心仍未改变。所以一切javascript版的"多线程"都是用单线程模拟出来的。
2.多线程/单线程的简单理解:
多线程: 程序可以同一时间做几件事。
单线程: 程序同一时间只能做一件事。
3.JS为什么是单线程的?
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。
为了利用多核CPU的计算能力,HTML5提出Web Worker标准,允许JavaScript脚本创建多个线程,但是子线程完全受主线程控制,且不得操作DOM。所以,这个新标准并没有改变JavaScript单线程的本质。
4.JS为什么需要异步?
如果JS中不存在异步,只能自上而下执行,如果上一行解析时间很长,那么下面的代码就会被阻塞。 对于用户而言,阻塞就意味着"卡死",这样就导致了很差的用户体验。
5.JS单线程又是如何实现异步的呢?
既然JS是单线程的,只能在一条线程上执行,又是如何实现的异步呢?
是通过的事件循环(event loop),理解了event loop机制,就理解了JS的执行机制。理解事件循环机制前,我们先来看看任务队列。
6.任务队列
"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",就是读取里面有哪些事件。
"任务队列"中的事件,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。异步任务必须指定回调函数,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,排在前面的事件,优先被主线程读取。主线程的读取过程基本上是自动的,只要执行栈一清空,"任务队列"上第一位的事件就自动进入主线程。但是,由于存在后文提到的"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的时间,才能返回主线程。
读取到一个异步任务,首先是将异步任务放进事件表格(Event table)中,当放进事件表格中的异步任务完成某种事情或者说达成某些条件(如setTimeout事件到了,鼠标点击了,数据文件获取到了)之后,才将这些异步任务推入事件队列(Event Queue)中,这时候的异步任务才是执行栈中空闲的时候才能读取到的异步任务。
7.javascript的执行机制-->事件循环(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)。
Event Loop是javascript的执行机制
8.setTimeout(fn,0)
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,尽可能早得执行。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"现有的事件都处理完,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。
二、JavaScript的同步和异步
1.单线程的不足
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, 简单理解就是排好队一个一个来。如果前一个任务耗时很长,后一个任务就不得不一直等着。如果排队是因为计算量大,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。
2.同步和异步解决单线程的不足
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,先运行排在后面的任务。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,所有任务可以分成两种,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。
通过一个小例子来理解:
下课后甲、乙、丙、小明、丁5个人一起到食堂排队打饭,排好队一个一个来。小明发现就他忘记带饭卡了,为了不影响后边的同学打饭,于是小明离开了队伍,在一旁等同学把他的饭卡带来,他再打饭。这里的排队相当于js的执行栈,排队打饭这件事就是同步。小明等同学送饭卡来这件事就是异步。通过饭卡划分了同步和异步。小明只有满足了有饭卡这个条件,通知阿姨他有饭卡了。食堂阿姨优先给甲乙丙丁打饭,最后再给小明打饭。
其实同步和异步,无论如何,做事情的时候都是只有一条流水线(单线程 [js就是单线程的,不会变]),同步和异步的差别就在于这条流水线上各个流程的执行顺序不同,先执行同步任务,最后再来执行异步任务。
三、异步任务又分为宏任务和微任务
1.[宏任务:macro task]
2.[微任务:micro task]
执行顺序优先级:SYNC => MICRO => MACRO
所有JS中的异步编程仅仅是根据某些机制来管控任务的执行顺序,不存在同时执行两个任务这一说法
3.代码演示验证:
console.log("同步任务1"); function asyn(mac) { console.log("同步任务2"); if (mac) { console.log(mac); } return new Promise((resolve, reject) => { console.log("Promise中的同步任务"); resolve("Promise中回调的异步微任务") }) } setTimeout(() => { console.log("异步任务中的宏任务"); setTimeout(() => { console.log("定时器中的定时器(宏任务)"); }, 0) asyn("定时器传递任务").then(res => { console.log('定时器中的:', res); }) }, 0) asyn().then(res => { console.log(res); }) console.log("同步任务3")
4.输出结果:
5. 执行顺序:
先输出“同步任务1”,往下遇到setTimeout异步宏任务,先放到宏任务队列中挂起,往下遇到同步任务asyn(),执行asyn函数,输出函数中的“同步任务2”,返回Promise,输出“Promise中的同步任务”,遇到resolve()回调函数,.then函数块属于异步微任务,先放到微任务队列中挂起,往下执行,输出“同步任务3”,至此,同步任务执行结束,执行栈为空。先执行微任务队列.then函数块,输出“Promise中回调的异步微任务”,此时微任务队列为空。然后看下定时器模块时间是否到了,到了就执行宏任务队列,先输出“异步任务中的宏任务”,遇到里层定时器,先放到宏任务队列,往下执行,调用函数asyn,执行里面的同步任务,输出“同步任务2”,在输出“定时器传递的任务”,返回Promise,执行promise中的同步代码,输出“Promise中的同步任务”,遇到.then,先放到微任务队列。此时,执行栈又为空。先执行微任务队列,输出 “定时器中的:Promise中回调的异步微任务”,此时微任务队列为空。执行宏任务,输出“定时器中的定时器(宏任务)”。程序执行完毕。