javascript是一门单线程语言,Event Loop是javascript的执行机制
堆
对象被分配在一个堆中,即用以表示一大块非结构化的内存区域。
javascript变量存储可以配合上图理解,变量分为基础变量和引用变量,基础变量直接存在堆中且直接赋值,引用变量堆中仅存储变量名称和变量赋值地址,引用变量地址指向栈结构(变量结果值存在于栈中,这就涉及到深拷贝、浅拷贝问题喽)
队列(Queue)
队列
是一种 FIFO(First In, First Out) 的数据结构,它的特点就是 先进先出
一个 JavaScript 运行时包含了一个待处理的消息队列。每一个消息都关联着一个用以处理这个消息的函数。
函数的处理会一直进行到执行栈再次为空为止;然后事件循环将会处理队列中的下一个消息(如果还有的话)。
栈(Stack)
栈
是一种 LIFO(Last In, First Out)的数据结构,特点即 后进先出。
堆栈是一种类似数组的数据结构,但有一些限制 - 您只能在后面添加项,而只能删除最后一项即后进先出
Event Loop 会一直检查 Call Stack 中是否有函数需要执行,如果有,就从栈顶依次执行。同时,如果执行的过程中发现其他函数,继续入栈然后执行。
通常call stack执行如下:
const bar = () => console.log('bar')
const baz = () => console.log('baz')
const foo = () => {
console.log('foo')
bar()
baz()
}
foo()
//函数调用形成了一个栈帧。
//当调用 foo 时,创建了第一个帧 ,帧中包含了 foo 的参数和局部变量。当 foo 调用 bar
//时,第二个帧就被创建,并被压到第一个帧之上,帧中包含了 bar的参数和局部变量。当 bar返
//回时,最上层的帧就被弹出栈(剩下 foo函数的调用帧 )。baz同样如此,当 foo返回的时候,栈就空了。
简单的同步javascript执行机制(除setTimeout、setInterval、request等异步操作就需要event table和event quene解释执行):
- 栈空
- 现在执行到一个 函数A,函数A 入栈
- 函数A 又调用了 函数B,函数B 入栈
- 函数B 执行完后 出栈
- 然后继续执行 函数A,执行完后A也 出栈
- 栈空
Event Table
Event Table 可以理解成一张 事件->回调函数 对应表
这是一种数据结构,它就是用来存储 JavaScript 中的异步事件 (request, setTimeout, IO等) 及其对应的回调函数的列表,它知道在某个事件之后应该触发某个函数。
每次调用setTimeout函数或执行异步操作时,都会将其添加到事件表中。
请记住,事件表不执行函数,也不会自己将它们添加到调用堆栈中。它的唯一目的是跟踪事件并将它们发送到事件队列。
Event Queue
事件队列是一种类似于堆栈的数据结构,可以理解成回调函数 队列
它从事件表接收函数调用,但它需要以某种方式将它们发送到调用堆栈?这就是事件循环进入的地方。
当 Event Table 中的事件被触发,事件对应的 回调函数 就会被 push 进这个 Event Queue,然后等待被执行
Event Loop
之所以称之为事件循环,是因为它经常按照类似如下的方式来被实现:
while (queue.waitForMessage()) {
queue.processNextMessage();
}
如果当前没有任何消息,queue.waitForMessage() 会同步地等待消息到达。
看张图:
导图要表达的内容用文字来表述的话:
- 任务先进入
Call Stack
。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。 - 当指定的事情完成时,
Event Table
会将这个函数移入Event Queue
。 - 主线程内的任务执行完毕为空(当 Call Stack 中没有任务,就从 Event Queue 中拿出一个任务放入 Call Stack),会去
Event Queue
读取对应的函数,进入主线程Call Stack执行。 - 上述过程会不断重复,也就是常说的
Event Loop
(事件循环)。
而 Event Loop 指的就是这一整个圈圈:
它不停检查 Call Stack 中是否有任务(也叫栈帧)需要执行,如果没有,就检查 Event Queue,从中弹出一个任务,放入
Call Stack 中,如此往复循环。那怎么知道主线程执行栈为空啊?js引擎存在monitoring process进程,会持续不断的检查主线程执行栈是否为空,一旦为空,就会去Event Queue那里检查是否有等待被调用的函数。
上段代码:
let data = [];
$.ajax({
url:www.javascript.com,
data:data,
success:() => {
console.log('发送成功!');
}
})
console.log('代码执行结束');
- ajax进入
Event Table
,注册回调函数success
。 - 执行
console.log('代码执行结束')
。 - ajax事件完成,回调函数
success
进入Event Queue
。 - 主线程从
Event Queue
读取回调函数success
并执行。
setTimeout
大名鼎鼎的setTimeout无需再多言,大家对他的第一印象就是异步可以延时执行,我们经常这么实现延时3秒执行:
setTimeout(() => {
console.log('延时3秒');
},3000)
渐渐的setTimeout用的地方多了,问题也出现了,有时候明明写的延时3秒,实际却5,6秒才执行函数,这又咋回事啊?
setTimeout(() => {
task();
},3000)
console.log('执行console');
根据前面我们的结论,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()
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)
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?
零延迟并不意味着回调会立即执行。以 0 为第二参数调用 setTimeout 并不表示在 0 毫秒后就立即调用回调函数。
其等待的时间取决于队列里待处理的消息数量。
延迟参数是运行时处理请求所需的最小等待时间,但并不保证是准确的等待时间。基本上,setTimeout 需要等待当前队列中所有的消息都处理完毕之后才能执行,即使已经超出了由第二参数所指定的时间。
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
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。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()
。
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。
(function() {
console.log('这是开始');
setTimeout(function cb() {
console.log('这是来自第一个回调的消息');
});
console.log('这是一条消息');
setTimeout(function cb1() {
console.log('这是来自第二个回调的消息');
}, 0);
console.log('这是结束');
})();
// "这是开始"
// "这是一条消息"
// "这是结束"
// 此处,函数返回了 undefined
// "这是来自第一个回调的消息"
// "这是来自第二个回调的消息"
来个图解:
const bar = () => console.log('bar')
const baz = () => console.log('baz')
const foo = () => {
console.log('foo')
setTimeout(bar, 0)
baz()
}
foo()
根据前面我们的结论,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:
foo
baz
bar
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(queue存在等待执行)。
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');
- 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')
})
})
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 |
- 第三轮事件循环宏任务执行结束,执行两个微任务process3和then3。
- 输出10。
- 输出12。
- 第三轮事件循环结束,第三轮输出9,11,10,12。
整段代码,共进行了三次事件循环,完整的输出为1,7,6,8,2,4,3,5,9,11,10,12。
(请注意,node环境下的事件监听依赖libuv与前端环境不完全相同,输出顺序可能会有误差)
Exploits
递归可能导致的栈溢出问题?简单的解决方法:
//递归需要执行的代码体recursion() 替换成 setTimeout(() => , 0)
最后
- 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。 - setImmediate
微任务和宏任务还有很多种类,比如setImmediate等等,执行都是有共同点的,有兴趣的同学可以自行了解。