大白话讲解JavaScript 执行机制,一看就懂



JavaScript的运行机制

1.JavaScript为什么是单线程?
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。

2、执行机制相关知识点

  • 同步任务

  • 异步任务

举个栗子
有一天,张三要去做饭 这时候他要做两件事 分别是蒸米饭 和 炒菜 ,现在有两种方式去完成这个任务

A. 先去蒸米饭 然后等蒸米饭好了 再去抄菜 ---同步任务
B. 先去蒸米饭 然后等蒸米饭的过程中 再去抄菜 ---异步任务

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。

当我们打开网站时,网页的渲染过程就是一大堆同步任务,比如页面骨架和页面元素的渲染。而像加载图片音乐之类占用资源大耗时久的任务,就是异步任务。

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"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。

总结: 同步任务在主线程执行,形成一个执行栈,执行栈中的所有同步任务执行完毕,就会去读取任务队列,就是对应的异步任务。

JavaScript的宏任务与微任务
除了广义上的定义,我们可以将任务进行更精细的定义,分为宏任务微任务

宏任务(macro-task):包括整体代码script脚本的执行,setTimeout,setInterval,ajax,dom操作,还有如 I/O 操作、UI 渲染等。

微任务(micro-task):Promise回调 node 中的 process.nextTick 、对 Dom 变化监听的 MutationObserver。

主线程都从"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)

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我们解释一下这张图:

1、同步和异步任务分别进入不同的执行"场所",同步的进入主线程,异步的进入Event Table并注册函数。
2、当指定的事情完成时,Event Table会将这个函数移入Event Queue。
3、主线程内的任务执行完毕为空,会去Event Queue读取对应的函数,进入主线程执行。
上述过程会不断重复,也就是常说的Event Loop(事件循环)。(Event Loop是javascript的执行机制)

优先级
setTimeout()、setInterval()
setTimeout() 和 setInterval() 产生的任务是 异步任务,也属于 宏任务。
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。
如果将第二个参数设置为0或者不设置,意思 并不是立即执行,而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。(画重点)
所以说,setTimeout() 和 setInterval() 第二个参数设置的时间并不是绝对的,它需要根据当前代码最终执行的时间来确定的

Promise
Promise 相对来说就比较特殊了,在 new Promise() 中传入的回调函数是会 立即执行 的,但是它的 then() 方法是在 执行栈之后,任务队列之前 执行的,它属于 微任务。

process.nextTick
process.nextTick 是 Node.js 提供的一个与"任务队列"有关的方法,它产生的任务是放在 执行栈的尾部,并不属于 宏任务 和 微任务,因此它的任务 总是发生在所有异步任务之前。

setImmediate
setImmediate 是 Node.js 提供的另一个与"任务队列"有关的方法,它产生的任务追加到"任务队列"的尾部,它和 setTimeout(fn, 0) 很像,但优先级都是 setTimeout 优先于 setImmediate。
有时候,setTimeout 的执行顺序会在 setImmediate 的前面,有时候会在 setImmediate 的后面,这并不是 node.js 的 bug,这是因为虽然 setTimeout 第二个参数设置为0或者不设置,但是 setTimeout 源码中,会指定一个具体的毫秒数(node为1ms,浏览器为4ms),而由于当前代码执行时间受到执行环境的影响,执行时间有所起伏,如果当前执行的代码小于这个指定的值时,setTimeout 还没到推迟执行的时间,自然就先执行 setImmediate 了,如果当前执行的代码超过这个指定的值时,setTimeout 就会先于 setImmediate 执行。

通过上面的介绍,我们就可以得出一个代码执行的优先级:
同步代码(宏任务) > process.nextTick > Promise(微任务)> setTimeout(fn)、setInterval(fn)(宏任务)> setImmediate(宏任务)> setTimeout(fn, time)、setInterval(fn, time),其中time>0

面试回答
面试中该如何回答呢? 下面是我个人推荐的回答:
首先js 是单线程运行的,在代码执行的时候,通过将不同函数的执行上下文压入执行栈中来保证代码的有序执行。
在执行同步代码的时候,如果遇到了异步事件,js 引擎并不会一直等待其返回结果,而是会将这个事件挂起,继续执行执行栈中的其他任务
当同步事件执行完毕后,再将异步事件对应的回调加入到与当前执行栈中不同的另一个任务队列中等待执行。
任务队列可以分为宏任务对列和微任务对列,当当前执行栈中的事件执行完毕后,js 引擎首先会判断微任务对列中是否有任务可以执行,如果有就将微任务队首的事件压入栈中执行。
当微任务对列中的任务都执行完成后再去判断宏任务对列中的任务。

面试遇到的问题总结
1、同步和异步的区别是什么?分别举一个同步和异步的例子
同步会阻塞代码执行,而异步不会。alert是同步,setTimeout是异步

2、为何需要异步呢?
如果第一个示例中间步骤是一个 ajax 请求,现在网络比较慢,请求需要5秒钟。如果是同步,这5秒钟页面就卡死在这里啥也干不了了。

最后,前端 JS 脚本用到异步的场景主要有两个:

  • 定时 setTimeout setInverval

  • 网络请求,如 ajax 加载

  • 事件绑定

3、写出下图执行顺序

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执行顺序是2431
在 new Promise() 中传入的回调函数是 立即执行 的,但是它的 then() 方法是在 执行栈之后,任务队列之前 执行的,
.then是回调函数,链式回调,会被放在挂起,等待执行栈的内容执行完后(输出4)再回调(输出3),最后执行异步的1

作者:我写的代码绝对没有问题
来源:https://www.jianshu.com/p/22641c97e351

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