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徹底弄清楚JavaScript執行機制

coldplay.xixi
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2020-06-16 16:47:491658瀏覽

徹底弄清楚JavaScript執行機制

本文的目的就是要確保你徹底弄清楚javascript的執行機制，如果讀完這篇文章還不懂，可以揍我。

不論你是javascript新手還是老鳥，不論是面試求職，還是日常開發工作，我們經常會遇到這樣的情況：給定的幾行程式碼，我們需要知道其輸出內容和順序。因為javascript是一門單執行緒語言，所以我們可以得出結論：

  • javascript是按照語句出現的順序執行的

看到這裡讀者要打人了：我難道不知道js是一行一行執行的？還用你說？稍安勿躁，正因為js是一行一行執行的，所以我們以為js都是這樣的：

let a = '1';console.log(a);let b = '2';console.log(b);复制代码
##然而實際上js是這樣的：

setTimeout(function(){    console.log('定时器开始啦')
});new Promise(function(resolve){    console.log('马上执行for循环啦');    for(var i = 0; i < 10000; i++){
        i == 99 && resolve();
    }
}).then(function(){    console.log(&#39;执行then函数啦&#39;)
});console.log(&#39;代码执行结束&#39;);复制代码

依照

js是依照語句出現的順序執行這個理念，我自信的寫下輸出結果：

//"定时器开始啦"//"马上执行for循环啦"//"执行then函数啦"//"代码执行结束"复制代码

去chrome上驗證下，結果完全不對，瞬間懵了，說好的一行一行執行的呢？

我們真的要徹底弄清楚javascript的執行機制了。

1.關於javascript

javascript是一門

單執行緒語言，在最新的HTML5中提出了Web-Worker，但javascript是單執行緒這一核心仍未改變。所以一切javascript版的"多執行緒"都是用單線模擬出來的，一切javascript多執行緒都是紙老虎！

2.javascript事件循環

既然js是單線程，那就像只有一個視窗的銀行，客戶需要排隊一個一個辦理業務，同理js任務也要一個一個順序執行。如果一個任務耗時過長，那麼後一個任務也必須等待。那麼問題來了，假如我們想瀏覽新聞，但是新聞包含的超清圖片載入很慢，難道我們的網頁要一直卡著直到圖片完全顯示出來？因此聰明的程式設計師將任務分為兩類：

    同步任務
  • 非同步任務
當我們開啟網站時，網頁的渲染過程就是一大堆同步任務，像是頁面骨架和頁面元素的渲染。而像是載入圖片音樂之類佔用資源大耗時久的任務，就是非同步任務。關於這部分有嚴格的文字定義，但本文的目的是用最小的學習成本徹底弄清楚執行機制，所以我們用導圖來說明：

導圖要表達的內容用文字來表達的話：

    同步和非同步任務分別進入不同的執行"場所"，同步的進入主線程，異步的進入Event Table並註冊函數。
  • 當指定的事情完成時，Event Table會將這個函數移入Event Queue。
  • 主執行緒內的任務執行完畢為空，會去Event Queue讀取對應的函數，進入主執行緒執行。
  • 上述過程會不斷重複，也就是常說的Event Loop(事件循環)。
我們不禁要問了，那怎麼知道主執行緒執行棧為空啊？ js引擎存在monitoring process進程，會持續不斷的檢查主執行緒執行堆疊是否為空，一旦為空，就會去Event Queue檢查是否有等待被呼​​叫的函數。

說了這麼多文字，不如直接一段程式碼更直白：

let data = [];
$.ajax({    url:www.javascript.com,    data:data,    success:() => {        console.log('发送成功!');
    }
})console.log('代码执行结束');复制代码
上面是一段簡易的

ajax請求程式碼：

# #ajax進入Event Table，註冊回呼函數
    success
  • 。 執行
    • console.log('程式碼執行結束')
  • 。 ajax事件完成，回呼函數
    • success
  • 進入Event Queue。 主執行緒從Event Queue讀取回呼函數
    • success
  • 並執行。
    • 相信透過上面的文字和程式碼，你已經對js的執行順序有初步了解。接下來我們來研究進階主題：setTimeout。

3.又愛又恨的setTimeout

大名鼎鼎的

setTimeout

無需再多言，大家對他的第一印象就是異步可以延時執行，我們經常這麼實現延時3秒執行：<pre class="brush:php;toolbar:false">setTimeout(() =&gt; {    console.log('延时3秒'); },3000)复制代码</pre>漸漸的

setTimeout

用的地方多了，問題也出現了，有時候明明寫的延時3秒，實際卻5，6秒才執行函數，這又咋回事啊？ <p>先看一个例子：</p> <pre class="brush:php;toolbar:false">setTimeout(() =&gt; {     task(); },3000)console.log('执行console');复制代码</pre> <p>根据前面我们的结论，<code>setTimeout是异步的，应该先执行console.log这个同步任务，所以我们的结论是：

//执行console//task()复制代码

去验证一下，结果正确！
然后我们修改一下前面的代码：

setTimeout(() => {
    task()
},3000)

sleep(10000000)复制代码

乍一看其实差不多嘛，但我们把这段代码在chrome执行一下，却发现控制台执行task()需要的时间远远超过3秒，说好的延时三秒，为啥现在需要这么长时间啊？

这时候我们需要重新理解setTimeout的定义。我们先说上述代码是怎么执行的：

  • task()进入Event Table并注册,计时开始。
  • 执行sleep函数，很慢，非常慢，计时仍在继续。
  • 3秒到了，计时事件timeout完成，task()进入Event Queue，但是sleep也太慢了吧，还没执行完，只好等着。
  • sleep终于执行完了，task()终于从Event Queue进入了主线程执行。

上述的流程走完，我们知道setTimeout这个函数，是经过指定时间后，把要执行的任务(本例中为task())加入到Event Queue中，又因为是单线程任务要一个一个执行，如果前面的任务需要的时间太久，那么只能等着，导致真正的延迟时间远远大于3秒。

我们还经常遇到setTimeout(fn,0)这样的代码，0秒后执行又是什么意思呢？是不是可以立即执行呢？

答案是不会的，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，意思就是不用再等多少秒了，只要主线程执行栈内的同步任务全部执行完成，栈为空就马上执行。举例说明：

//代码1console.log('先执行这里');
setTimeout(() => {    console.log('执行啦')
},0);复制代码
//代码2console.log('先执行这里');
setTimeout(() => {    console.log('执行啦')
},3000);复制代码

代码1的输出结果是：

//先执行这里//执行啦复制代码

代码2的输出结果是：

//先执行这里// ... 3s later// 执行啦复制代码

关于setTimeout要补充的是，即便主线程为空，0毫秒实际上也是达不到的。根据HTML的标准，最低是4毫秒。有兴趣的同学可以自行了解。

4.又恨又爱的setInterval

上面说完了setTimeout，当然不能错过它的孪生兄弟setInterval。他俩差不多，只不过后者是循环的执行。对于执行顺序来说，setInterval会每隔指定的时间将注册的函数置入Event Queue，如果前面的任务耗时太久，那么同样需要等待。

唯一需要注意的一点是，对于setInterval(fn,ms)来说，我们已经知道不是每过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。

5.Promise与process.nextTick(callback)

传统的定时器我们已经研究过了，接着我们探究Promise与process.nextTick(callback)的表现。

Promise的定义和功能本文不再赘述，不了解的读者可以学习一下阮一峰老师的Promise。而process.nextTick(callback)类似node.js版的"setTimeout"，在事件循环的下一次循环中调用 callback 回调函数。

我们进入正题，除了广义的同步任务和异步任务，我们对任务有更精细的定义：

  • macro-task(宏任务)：包括整体代码script，setTimeout，setInterval
  • micro-task(微任务)：Promise，process.nextTick

不同类型的任务会进入对应的Event Queue，比如setTimeout和setInterval会进入相同的Event Queue。

事件循环的顺序，决定js代码的执行顺序。进入整体代码(宏任务)后，开始第一次循环。接着执行所有的微任务。然后再次从宏任务开始，找到其中一个任务队列执行完毕，再执行所有的微任务。听起来有点绕，我们用文章最开始的一段代码说明：

setTimeout(function() {    console.log('setTimeout');
})new Promise(function(resolve) {    console.log('promise');
}).then(function() {    console.log('then');
})console.log('console');复制代码
  • 这段代码作为宏任务，进入主线程。
  • 先遇到setTimeout，那么将其回调函数注册后分发到宏任务Event Queue。(注册过程与上同，下文不再描述)
  • 接下来遇到了Promise，new Promise立即执行，then函数分发到微任务Event Queue。
  • 遇到console.log()，立即执行。
  • 好啦，整体代码script作为第一个宏任务执行结束，看看有哪些微任务？我们发现了then在微任务Event Queue里面，执行。
  • ok，第一轮事件循环结束了，我们开始第二轮循环，当然要从宏任务Event Queue开始。我们发现了宏任务Event Queue中setTimeout对应的回调函数，立即执行。
  • 结束。

事件循环，宏任务，微任务的关系如图所示：

我们来分析一段较复杂的代码，看看你是否真的掌握了js的执行机制：

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')
    })
})复制代码

第一轮事件循环流程分析如下：

  • 整体script作为第一个宏任务进入主线程，遇到console.log，输出1。
  • 遇到setTimeout，其回调函数被分发到宏任务Event Queue中。我们暂且记为setTimeout1。
  • 遇到process.nextTick()，其回调函数被分发到微任务Event Queue中。我们记为process1。
  • 遇到Promise，new Promise直接执行，输出7。then被分发到微任务Event Queue中。我们记为then1。
  • 又遇到了setTimeout，其回调函数被分发到宏任务Event Queue中，我们记为setTimeout2。
宏任务Event Queue 微任务Event Queue
setTimeout1 process1
setTimeout2 then1

  • 上表是第一轮事件循环宏任务结束时各Event Queue的情况，此时已经输出了1和7。

  • 我们发现了process1和then1两个微任务。

  • 执行process1,输出6。
  • 执行then1，输出8。

好了，第一轮事件循环正式结束，这一轮的结果是输出1，7，6，8。那么第二轮时间循环从setTimeout1宏任务开始：

  • 首先输出2。接下来遇到了process.nextTick()，同样将其分发到微任务Event Queue中，记为process2。new Promise立即执行输出4，then也分发到微任务Event Queue中，记为then2。
宏任务Event Queue 微任务Event Queue
setTimeout2 process2

then2
  • 第二轮事件循环宏任务结束，我们发现有process2和then2两个微任务可以执行。
  • 输出3。
  • 输出5。
  • 第二轮事件循环结束，第二轮输出2，4，3，5。
  • 第三轮事件循环开始，此时只剩setTimeout2了，执行。
  • 直接输出9。
  • 将process.nextTick()分发到微任务Event Queue中。记为process3。
  • 直接执行new Promise，输出11。
  • 将then分发到微任务Event Queue中，记为then3。
宏任务Event Queue 微任务Event Queue

process3

then3
  • 第三輪事件循環巨集任務執行結束，執行兩個微任務process3和then3。
  • 輸出10。
  • 輸出12。
  • 第三輪事件循環結束，第三輪輸出9，11，10，12。

整段程式碼，共進行了三次事件循環，完整的輸出為1，7，6，8，2，4，3，5，9，11，10，12。
(請注意，node環境下的事件監聽依賴libuv與前端環境不完全相同，輸出順序可能會有誤差)

6.寫在最後

(1)js的非同步

我們從最開頭就說javascript是一門單線程語言，不管是什麼新框架新語法糖實現的所謂異步，其實都是用同步的方法去模擬的，牢牢把握住單線程這一點非常重要。

(2)事件循環Event Loop

事件循環是js實作非同步的方法，也是js的執行機制。

(3)javascript的執行和運行

執行和運行有很大的區別，javascript在不同的環境下，例如node，瀏覽器，Ringo等等，執行方式是不同的。而運行大多指javascript解析引擎，是統一的。

(4)setImmediate

微任務和巨集任務還有很多種類，例如setImmediate等等，執行都是有共同點的，有興趣的同學可以自行了解。

(5)最後的最後

  • javascript是一門單執行緒語言
  • Event Loop是javascript的執行機制

牢牢掌握兩個基本點，以認真學習javascript為中心，早日實現成為前端高手的偉大夢想！

推薦教學：《JavaScript基礎教學》

以上是徹底弄清楚JavaScript執行機制的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！

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陳述：
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