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弄懂javascript的执行机制:事件轮询|微任务和宏任务

Author:[email protected] Date: Hits:

javascript是一门单线程语言,Event Loop是javascript的执行机制。主线程从“任务队列”中读取事件,这个过程是循环不断的。所有的同步任务都在主线程上指向,形成一个执行栈,主线程之外,还存在一个任务队列。只要异步任务有

因为javascript是一门单线程语言,所以javascript是按照语句出现的顺序执行的。虽然HTML5提出了Web Worker,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和BOM。所以,依然没有改变JavaScript是单线程的本质。

为什么JavaScript是单线程?

同样的问题也可以问:

  • 为什么PHP文件的执行是单线程的

    每个PHP文件的执行是单线程的,但是,服务器(apache/nigix/php-fpm)是多线程的。每次对某个PHP文件的访问服务器都会创建一个新的进程/线程,用来执行对应的PHP文件。也就是说对于一个请求来说PHP是单线程的,但是多个请求间是并发的

  • 为什么是python是多线程是假的多线程

    虽然Python解释器可以运行多个线程,但只有一个线程在解释器中运行。它不管你有几个核,单位时间多个核只能跑一个线程,然后时间片轮转。Python不能做到并行,但可以做到并发

脚本语言本身效率就不高,设计目的就是应对I/O密集、高开发效率、简单易用……。可以说,脚本语言基本都是单线程的。

什么是计算密集型任务,什么是I/O密集型任务?

  • 计算密集型任务由于主要消耗CPU资源,消耗CPU资源,比如计算圆周率、对视频进行高清解码等等,全靠CPU的运算能力。这种计算密集型任务虽然也可以用多任务完成,但是任务越多,花在任务切换的时间就越多,CPU执行任务的效率就越低,所以,要最高效地利用CPU,计算密集型任务同时进行的数量应当等于CPU的核心数。

  • 涉及到网络、磁盘IO的任务都是IO密集型任务,这类任务的特点是CPU消耗很少,任务的大部分时间都在等待IO操作完成因为IO的速度远远低于CPU和内存的速度)。对于IO密集型任务,任务越多,CPU效率越高,但也有一个限度。常见的大部分任务都是IO密集型任务,比如Web应用。

IO密集型任务执行期间,99%的时间都花在IO上,花在CPU上的时间很少,因此,用运行速度极快的C语言替换用Python这样运行速度极低的脚本语言,完全无法提升运行效率。对于IO密集型任务,最合适的语言就是开发效率最高(代码量最少)的语言,脚本语言是首选,C语言最差。

注:进程和线程,一个是重量级的,一个轻量级的,重量级的进程有保护区,进程上下文都是操作系统保护的,而线程是自己管理,需要一定的技术,不能保证在并发时的稳定性(多进程也不稳定,但很容易看出来,因为多出了进程容易发现)

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


JavaScript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着

为了解决单线程导致的线程等待资源,cpu空闲,而其他任务一直等待的问题。将所有的任务分为两种,

  • 同步任务(synchronous):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,才能执行下一个任务。

  • 异步任务(asynchronous):指的是,不进入主线程,而进入“任务队列”的任务,自由“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. 所有的同步任务都在主线程上指向,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”,将可执行的任务放在主线程执行。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。

  4. 主线程不断重复上面的第三步。

bg2014100801.jpg

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。这个过程会不断重复。

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",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。

Event Loop(事件轮询)

主线程从“任务队列”中读取事件,这个过程是循环不断的,所以整个过程的这种运行机制又称为Event Loop(事件循环)。

javascript执行流程JavaScript任务队列


除了放置异步任务的队列,“任务队列还放置定时器”,即指定某些代码在多长时间之后执行。

定时器功能的主要由setTimeout()和setInterval()这两个函数执行。

  • setTimeout()只执行一次

  • setInterval()反复执行

Node规定,process.nextTick和Promise的回调函数,追加在本轮循环,即同步任务一旦执行完成,就开始执行它们

而setTimeout、setInterval、setImmediate的回调函数,追加在次轮循环

所以,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

setInterval(fn,ms)不是每过ms秒会执行一次fn,而是每过ms秒,会有fn进入Event Queue。一旦setInterval的回调函数fn执行时间超过了延迟时间ms,那么就完全看不出来有时间间隔了。这句话请读者仔细品味

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()。

除了广义的同步任务和异步的任务,更精细的定义为:

macro-task(宏任务):包括整体代码script、setTimeout,setInterval

micro-task(微任务):Promise、process.nextTick

2018120611423921.png


对于JavaScript异步回调,如setTimeout、Promise、Async/Await 。

settimeout的回调函数放到宏任务队列里,等到执行栈清空以后执行; 

promise.then里的回调函数会放到相应宏任务的微任务队列里,等宏任务里面的同步代码执行完再执行

async函数表示函数里面可能会有异步方法,await后面跟一个表达式,async方法执行时,遇到await会立即执行表达式,然后把表达式后面的代码放到微任务队列里,让出执行栈让同步代码先执行。

参看下篇《Javascript异步回调细数:promise yield async/await》 —— https://www.zhoulujun.cn/html/webfront/ECMAScript/js/2017_0118_7944.html

Node.js时间循环

Node.js也是单线程的Event Loop,但是它的运行机制不同于浏览器

根据上图,Node.js的运行机制如下

  • V8引擎解析JavaScript脚本

  • 解析后的代码,调用Node API

  • libuv库负责Node API的执行。它将不同的任务分配给不同的线程,形成一个Event Loop(事件循环),以异步的方式将任务的执行结果返回给V8引擎

  • V8引擎再将结果返回给用户

Node.js也是单线程的Event Loop

JS执行顺序笔试题

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') })
})
console.log('13');


 总结:

js的异步

我们从最开头就说javascript是一门单线程语言,不管是什么新框架新语法糖实现的所谓异步,其实都是用同步的方法去模拟的,牢牢把握住单线程这点非常重要。

事件循环Event Loop

事件循环是js实现异步的一种方法,也是js的执行机制。

javascript的执行和运行

执行和运行有很大的区别,javascript在不同的环境下,比如node,浏览器,Ringo等等,执行方式是不同的。而运行大多指javascript解析引擎,是统一的。

参考文章:

JavaScript 运行机制详解:再谈Event Loop www.ruanyifeng.com/blog/2014/10/event-loop.html

这一次,彻底弄懂 JavaScript 执行机制 https://juejin.im/post/59e85eebf265da430d571f89

JavaScript是多线程还是单线程? https://blog.csdn.net/qq_36995542/article/details/80007381

既然Python解释器是单线程的,还有进行多线程编程的必要吗? https://www.wukong.com/answer/6584417230828601613/

为什么有人说 Python 的多线程是鸡肋呢? https://www.zhihu.com/question/23474039/answer/269526476




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