JavaScript Event Loop

大家可能都知道JavaScript这门语言是单线程的语言吧，应该学过前端的都知道这个知识吧。单线程也就是说同一时间只能做一件事情。因为在JavaScript被设计出来的时候就是为了在浏览器上面运行，需要操作dom节点，如果是多个线程来操作dom节点的话，就会出现冲突的情况，如果需要解决冲突的话就要引入锁来实现，这样明显就变得很复杂了。JavaScript这门语言的设计者当成就是为了让它不那么复杂，所以就以单线程来设计它。

单线程就意味着所有任务需要排队，需要按步骤执行，前一步执行完了获取到了结果，后一步才会开始执行。这就是阻塞的

var i, t = Date.now()
for (i = 0; i < 100000000; i++) {}
console.log(Date.now() - t) // 238

像上面这样，如果排队是因为计算量大，CPU忙不过来，倒也算了

但是，如果是网络请求就不合适。因为一个网络请求的资源什么时候返回是不可预知的，这种情况再排队等待就不明智了。

所以为了利用多核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（只是引入了其他线程，协助JavaScript线程，完成需求）

现在引入两个概念：

【同步】

如果在函数返回的时候，调用者就能够得到预期结果(即拿到了预期的返回值或者看到了预期的效果)，那么这个函数就是同步的，执行是阻塞的，需要上一步的得到结果之后才回去执行下一步。

Math.sqrt(2);//调用执行，立即返回结果
console.log('Hi');//调用执行，立即返回结果
【异步】

如果在函数返回的时候，调用者还不能够得到预期结果，而是需要在将来通过一定的手段(回调)得到，那么这个函数就是异步的。（引入异步的目的就是为了实现非阻塞）

fs.readFile('foo.txt', 'utf8', function(err, data) {
    console.log(data);
});

在上面的代码中，我们希望通过fs.readFile函数读取文件foo.txt中的内容，并打印出来。但是在fs.readFile函数返回时，我们期望的结果并不会发生，而是要等到文件全部读取完成之后。如果文件很大的话可能要很长时间。所以，fs.readFile函数是异步的。正是由于JavaScript是单线程的，而异步容易实现非阻塞，所以在JavaScript中对于耗时的操作或者时间不确定的操作，使用异步就成了必然的选择。

异步的方法都是JavaScript之外的外部提供的方法，比如：

1、普通事件，如click、resize等

2、资源加载，如load、error等

3、定时器，包括setInterval、setTimeout等。

【异步详解】

一个异步过程包括两个要素：注册函数和回调函数，其中注册函数用来发起异步过程，回调函数用来处理结果（异步是为了实现非阻塞）

比如下面的代码，div.onclick这个函数就是注册函数，而箭头函数()=>{..}是回调函数，在代码放到浏览器中执行的时候，会依次执行所有的代码**onclick这个注册函数会和同步函数一样执行达到注册的功能**，后面的同步代码依然继续执行，并不会受到阻塞。然后当我们鼠标发起点击事件的时候，回调函数会在js主线程空闲的时候去执行。

div.onclick = () => {
  console.log('click')
}

我们再引入两个概念：

【调用栈】

在了解调用栈之前我们先来了解下栈：

栈是临时存储空间，主要存储局部变量和函数调用。

基本类型数据（Number, Boolean, String, Null, Undefined, Symbol, BigInt）保存在在栈内存中。
引用类型数据保存在堆内存中，引用数据类型的变量是一个指向堆内存中实际对象的引用，存在栈中。

基本类型赋值，系统会为新的变量在栈内存中分配一个新值，这个很好理解。引用类型赋值，系统会为新的变量在栈内存中分配一个值，这个值仅仅是指向同一个对象的引用，和原对象指向的都是堆内存中的同一个对象。

对于函数，解释器创建了”调用栈“来记录函数的调用过程。每调用一个函数，解释器就可以把该函数添加进调用栈，解释器会为被添加进来的函数创建一个栈帧（用来保存函数的局部变量以及执行语句）并立即执行。如果正在执行的函数还调用了其他函数，新函数会继续被添加进入调用栈。函数执行完成，对应的栈帧立即被销毁。

栈虽然很轻量，在使用时创建，使用结束后销毁，但是不是可以无限增长的，被分配的调用栈空间被占满时，就会引起”栈溢出“的错误。

(function foo() {
    foo()
})()
//很显然运行以上代码，会直接报错，栈溢出

为什么基本数据类型存储在栈中，引用数据类型存储在堆中？想继续了解js内存管理和v8的垃圾回收

我在另一篇文章中提到过调用栈，有兴趣可以去看一看：

微服务一毫秒大概能处理多少数据_队列

function func1(){
    cosole.log(1);
}
function func2(){
    console.log(2);
    func1();
    console.log(3);
}
func2();

我们拿以上的全同步函数来举个栗子：

func2()入栈执行，
console.log(2)入栈执行，console.log(2)出栈，
func1()入栈执行，
console.log(1)入栈执行，console.log(1)出栈，
func1()出栈
console.log(3)入栈执行，console.log(3)出栈，
func2()出栈
【消息队列】

有些文章把消息队列称为任务队列，或者叫事件队列，总之是和异步任务相关的队列，可以确定的是，它是队列这种先入先出的数据结构，和排队是类似的，哪个异步操作完成的早，就排在前面。不论异步操作何时开始执行（这个执行是指注册函数执行），只要异步操作执行完成，就可以到消息队列中排队（这个消息就是指回调函数），这样，主线程在空闲的时候，就可以从消息队列中获取消息并执行（回调函数加入到消息队列，并执行）

【事件循环】

下面来详细介绍事件循环。下图中，主线程运行的时候，产生堆和栈，栈中的代码调用各种外部API（调用webAPI就是为了注册异步函数），异步操作执行完成后，就在消息队列中排队。只要栈中的同步代码执行完毕，主线程就会去读取消息队列，依次执行那些异步任务所对应的回调函数。（创建消息队列就是为了解决实现非阻塞）

微服务一毫秒大概能处理多少数据_消息队列_02

从代码执行顺序的角度来看，程序最开始是按代码顺序执行代码的，遇到同步任务，立刻执行；遇到异步任务，则只是调用异步函数发起异步请求。此时，异步任务开始执行异步操作，执行完成后（回调函数）到消息队列中排队。程序按照代码顺序执行完毕后，查询消息队列中是否有等待的消息。如果有，则按照次序从消息队列中把消息放到执行栈中执行。执行完毕后，再从消息队列中获取消息，再执行，不断重复。

由于主线程不断的重复获得消息、执行消息、再取消息、再执行。所以，这种机制被称为事件循环

【宏任务与微任务】

以上机制在ES5的情况下够用了，但是ES6会有一些问题。我们来看一下下面这个Promise的例子：

console.log('script start')

setTimeout(function() {
    console.log('timer over')
}, 0)
//Promise同样是用来处理异步的：
Promise.resolve().then(function() {
    console.log('promise1')
}).then(function() {
    console.log('promise2')
})

console.log('script end')

// script start
// script end
// promise1
// promise2
// timer over

如果按照刚才上面的消息队列调用的理解来说，应该是setTimeout中的timie over加入消息队列，然后是promise1、promise2依次加入消息队列等待执行。

但事实上并没有按照上面那样的顺序去执行。（创建promise后执行的异步任务完成返回的回调函数会被加入到微任务队列排队，同步任务执行完毕的时候会立即去执行微任务队列中的任务，然后再去执行消息队列中的任务。“优先级：同步任务>微任务队列>消息队列”）

微任务队列是直接放在执行上下文栈的栈底，当上下文中的同步执行完毕之后马上执行微任务队列，然后才去加入消息队列。

微服务一毫秒大概能处理多少数据_微服务一毫秒大概能处理多少数据_03

这里有两个新概念：macrotask（宏任务） 和 microtask（微任务）。

所有任务分为 macrotask 和 microtask:

  • macrotask：主代码块、setTimeout、setInterval等（可以看到，事件队列中的每一个事件都是一个 macrotask，现在称之为宏任务队列）
  • microtask：Promise、process.nextTick等

JS引擎线程首先执行主代码块。每次调用栈执行的代码就是一个宏任务，包括消息队列(宏任务队列)中的，因为执行栈中的宏任务执行完会去取消息队列（宏任务队列）中的任务加入执行栈中，即同样是事件循环的机制。

在执行宏任务时遇到Promise等，会创建微任务（.then()里面的回调），并加入到微任务队列队尾。

microtask必然是在某个宏任务执行的时候创建的，而在下一个宏任务开始之前，浏览器会对页面重新渲染(task >> 渲染 >> 下一个task(从任务队列中取一个))。同时，在上一个宏任务执行完成后，渲染页面之前，会执行当前微任务队列中的所有微任务。

也就是说，在某一个macrotask执行完后，在重新渲染与开始下一个宏任务之前，就会将在它执行期间产生的所有microtask都执行完毕（在渲染前）。

这样就可以解释 "promise 1" "promise 2"在 "timer over" 之前打印了。"promise 1" "promise 2"作为微任务加入到微任务队列中，而 "timer over"做为宏任务加入到宏任务队列（消息队列）中，它们同时在等待被执行，但是微任务队列中的所有微任务都会在开始下一个宏任务（消息队列）之前都被执行完。（也就是同步任务>微任务队列>消息队列，可以这么理解）

在node环境下，process.nextTick的优先级高于Promise，也就是说：在宏任务结束后会先执行微任务队列中的nextTickQueue，然后才会执行微任务中的Promise。

执行机制：

  1. 执行一个宏任务（栈中没有就从消息队列中获取）
  2. 执行过程中如果遇到创建微任务，就将它获取的结果回调函数的添加到微任务队列中
  3. 宏任务执行完毕后，立即执行当前微任务队列中的所有微任务（依次执行）
  4. 当前宏任务执行完毕，开始检查渲染，然后GUI线程接管渲染
  5. 渲染完毕后，JS引擎线程继续，开始下一个宏任务（从宏任务（消息）队列中获取）

总结

  • JavaScript 是单线程语言，决定于它的设计最初是用来处理浏览器网页的交互。浏览器负责解释和执行 JavaScript 的线程只有一个（所有说是单线程），即JS引擎线程，但是浏览器同样提供其他线程，如：事件触发线程、定时器触发线程等。
  • 异步一般是指：
  • 网络请求
  • 计时器
  • DOM事件监听
  • 事件循环机制：
  • JS引擎线程会维护一个执行栈，同步代码会依次加入到执行栈中依次执行并出栈。
  • JS引擎线程遇到异步函数，会将异步函数交给相应的Webapi，而继续执行后面的任务。
  • Webapi会在条件满足的时候，将异步对应的回调加入到消息队列中，等待执行。
  • 执行栈为空时，JS引擎线程会去取消息队列中的回调函数（如果有的话），并加入到执行栈中执行。
  • 完成后出栈，执行栈再次为空，重复上面的操作，这就是事件循环(event loop)机制。