JavaScript中的JS引擎的执行机制

一. JavaScript是单线程的
为什么呢 ? 首先JavaScript语言的一大特点就是单线程, 通俗点说就是, 同一个时间只能做一件事.那么会又有新的问题, JavaScript为什么不能有多个线程呢 ?

JavaScript最初被设计用在浏览器中, 那么设想下, 浏览器中的JavaScript是多线程的.例如 : 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, 另外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呢 ?

后来, 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单线程本质

二. JavaScript为什么需要异步 ?
如果JavaScript中不存在异步, 只能自上而下执行, 如果上一行解析时间很长, 那么下面的代码就会被阻塞.对于用户而言, 阻塞就意味着 "卡死", 这样就导致了很差的用户体验.所以, JavaScript中存在异步执行 三. 那么又是如何实现异步的呢 ?
任务队列 :1. 所有同步任务都在主线程上执行, 形成一个执行栈(stack)。2.主线程之外, 还存在一个任务队列Event Loop, 异步任务在event table中注册函数, 当满足触发条件(即DOM,AJAX,setTimeout,setImmediate有返回结果了) 后, 被推入任务队列(Event Loop)。3. 一旦执行栈(stack) 中所有同步任务都执行完了, 系统就会读取任务队列(Event Loop), 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。 例子1:

console.log(1)
setTimeout(
	function() {
		console.log(2)
	},
	0)
console.log(3)

运行的结果是:1,3,2 代码分析:
1.console.log(1)是同步任务,放入主线程里
2.setTimeout是异步任务,被放入event table,0秒之后被推入任务队列(Event Loop)里
3.console.log(3)是同步任务,放到主线程里.
当1,3在控制台被打印后,主线程去Event Loop(事件队列)里查看是否有可执行的函数,执行setTimeout里的函数,这就是Event Loop

四.Event Loop是什么 ?
主线程从任务队列(Event Loop) 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).

1.png

上图中, 主线程运行的时候, 产生堆(heap) 和栈(stack), 栈中的代码调用各种外部API, 它们在” 任务队列(Event Loop)” 中加入各种事件( click, load, done)。 只要栈中的代码执行完毕, 主线程就会去读取” 任务队列(Event Loop)”, 依次执行那些事件所对应的回调函数。 例子2:

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('执行then函数啦')
});
console.log('代码执行结束');

尝试按照,上文我们刚学到的js执行机制去分析:
1.setTimeout 是异步任务,被放到event table
2.new Promise是同步任务,被放到主线程里,直接执行打印console.log('马上执行for循环啦');
3..then里的函数是异步任务,被放到event table
4.console.log('代码执行结束');是同步代码,被放到主线程里,直接执行
所以根据分析的结果是:马上执行for循环啦---代码执行结束---定时器开始啦---执行then函数啦
自己运行了下代码后,结果居然不是这样的,而是: 马上执行for循环啦---代码执行结束---执行then函数啦---定时器开始啦

事实上,按照异步和同步的方式来划分,并不准确,而准确的划分方式是: macro-task(宏任务):script(整体代码), setTimeout, setInterval, setImmediate, I/O, UI rendering。 micro-task(微任务):process.nextTick, Promise, Object.observe(已废弃), MutationObserver(html5新特性)

2.jpg

按照这种分类方式,js的执行机制是:
1.执行一个宏任务,过程中如果遇到微任务,就将其放到微任务的"事件队列"里
2.当前宏任务执行完成后,会查看微任务的"事件队列",并将里面全部的微任务依次执行完
3.重复以上2步骤,结合图1和图2就是更为准确的js执行机制了
那么,去分析例2:
1.首先执行script下的宏任务,遇到setTimeout,将其放到宏任务的“队列”里
2.遇到 new Promise直接执行,打印"马上执行for循环啦"
3.遇到then方法,是微任务,将其放到微任务的“队列”里。
4.遇到console.log('代码执行结束');是同步任务,直接打印"代码执行结束"
5.本轮宏任务执行完毕,查看本轮的微任务,发现有一个then方法里的函数,打印"执行then函数啦"
6.到此,本轮的event loop 全部完成。
7.下一轮的循环里,先执行一个宏任务,发现宏任务的“队列”里有一个setTimeout里的函数,执行打印"定时器开始啦" 所以最后的执行顺序是: 马上执行for循环啦---代码执行结束---执行then函数啦---定时器开始啦

五.定时器setTimeout()和setInterval()
定时器指定某些代码在多少时间之后执行这叫做”定时器”(timer)功能,也就是定时执行的代码。 例子3:

setTimeout(function(){
    console.log('执行了')
},3000)

我们一般会说:3秒后,会执行setTimeout里的那个函数,但是这种说法并不严谨,准确的解释是:3秒后,setTimeout里的函数会被推入事件队列(Event Loop),而事件队列(Event Loop)里的任务,只有在主线程空闲时才会执行,所以条件只有同时满足(ps:3秒后并且主线程空闲)时,才会3秒后执行函数

如果主线程执行内容很多,执行时间超过3秒,比如主线程里执行栈执行了10秒,那么这个函数只能10秒后执行了

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

3.png

如图所示,Node.js的运行机制如下:
1.V8引擎解析JavaScript脚本。
2.解析后的代码,调用Node API。
3.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。
4.V8引擎再将结果返回给用户。

除了setTimeout和setInterval这两个方法,Node.js还提供了另外两个与”任务队列”有关的方法:process.nextTick和setImmediate。它们可以帮助我们加深对”任务队列”的理解。 nextTick setImmediate 区别和联系 nextTick :把回调函数放在当前执行栈的底部,而多个process.nextTick语句总是在当前”执行栈”一次执行完 setImmediate :把回调函数放在事件队列(event loop)的尾部,而多个setImmediate可能则需要多次loop才能执行完

例子4:

process.nextTick(function A() {
  console.log(1);
  process.nextTick(function B(){console.log(2);});
});

setTimeout(function timeout() {
  console.log('TIMEOUT FIRED');
}, 0)

上面代码中,由于process.nextTick方法指定的回调函数,总是在当前”执行栈”的尾部触发,所以不仅回调函数A比setTimeout指定的回调函数timeout先执行,而且函数B也比timeout先执行。这说明,如果有多个process.nextTick语句(不管它们是否嵌套),将全部在当前”执行栈”执行。所以结果是:1,2,'TIMEOUT FIRED'

现在,再来看看setImmediate 例子5:

setImmediate(function A() {
  console.log(1);
  setImmediate(function B(){
  	console.log(2);
  });
});

setTimeout(function timeout() {
  console.log('TIMEOUT FIRED');
}, 0);

上面代码中,setImmediate与setTimeout(fn,0)各自添加了一个回调函数A和timeout,都是在下一次事件队列(Event Loop)触发。那么,哪个回调函数先执行呢?答案是不确定。运行结果可能是1,TIMEOUT FIRED,2,也可能是TIMEOUT FIRED,1,2。

令人困惑的是,Node.js文档中称,setImmediate指定的回调函数,总是排在setTimeout前面。实际上,这种情况只发生在递归调用的时候。

例子6:

setImmediate(function (){
  setImmediate(function A() {
    console.log(1);
    setImmediate(function B(){console.log(2);});
  });

  setTimeout(function timeout() {
    console.log('TIMEOUT FIRED');
  }, 0);
});

上面代码中,setImmediate和setTimeout被封装在一个setImmediate里面,它的运行结果总是1,TIMEOUT FIRED,2,这时函数A一定在timeout前面触发。至于2排在TIMEOUT FIRED的后面(即函数B在timeout后面触发),是因为setImmediate总是将事件注册到下一轮事件队列(Event Loop),所以函数A和timeout是在同一轮Loop执行,而函数B在下一轮Loop执行

另外,由于process.nextTick指定的回调函数是在本次”事件循环”触发,而setImmediate指定的是在下次”事件循环”触发,所以很显然,前者总是比后者发生得早,而且执行效率也高(因为不用检查”任务队列”)。

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