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JS引擎线程的执行过程的三个阶段


浏览器首先按顺序加载由<script>标签分割的js代码块,加载js代码块完毕后,立刻进入以下三个阶段,然后再按顺序查找下一个代码块,再继续执行以下三个阶段,无论是外部脚本文件(不异步加载)还是内部脚本代码块,都是一样的原理,并且都在同一个全局作用域中。

JS引擎线程的执行过程的三个阶段:

  • 语法分析
  • 预编译阶段
  • 执行阶段

一. 语法分析

分析该js脚本代码块的语法是否正确,如果出现不正确,则向外抛出一个语法错误(SyntaxError),停止该js代码块的执行,然后继续查找并加载下一个代码块;如果语法正确,则进入预编译阶段。

下面阶段的代码执行不会再进行语法校验,语法分析在代码块加载完毕时统一检验语法。

二. 预编译阶段

1. js的运行环境

  • 全局环境(JS代码加载完毕后,进入代码预编译即进入全局环境)

  • 函数环境(函数调用执行时,进入该函数环境,不同的函数则函数环境不同)

  • eval(不建议使用,会有安全,性能等问题)

每进入一个不同的运行环境都会创建一个相应的执行上下文(Execution Context),那么在一段JS程序中一般都会创建多个执行上下文,js引擎会以栈的方式对这些执行上下文进行处理,形成函数调用栈(call stack),栈底永远是全局执行上下文(Global Execution Context),栈顶则永远是当前执行上下文。

2. 函数调用栈/执行栈

调用栈,也叫执行栈,具有LIFO(后进先出)结构,用于存储在代码执行期间创建的所有执行上下文。

首次运行JS代码时,会创建一个全局执行上下文并Push到当前的执行栈中。每当发生函数调用,引擎都会为该函数创建一个新的函数执行上下文并Push到当前执行栈的栈顶。

当栈顶函数运行完成后,其对应的函数执行上下文将会从执行栈中Pop出,上下文控制权将移到当前执行栈的下一个执行上下文。

var a = 'Hello World!';

function first() {  
  console.log('Inside first function');  
  second();  
  console.log('Again inside first function');  
}

function second() {  
  console.log('Inside second function');  
}

first();  
console.log('Inside Global Execution Context');

// Inside first function
// Inside second function
// Again inside first function
// Inside Global Execution Context复制代码

函数调用栈

3. 执行上下文的创建

执行上下文可理解为当前的执行环境,与该运行环境相对应,具体分类如上面所说分为全局执行上下文和函数执行上下文。创建执行上下文的三部曲:

  • 创建变量对象(Variable Object)

  • 建立作用域链(Scope Chain)

  • 确定this的指向

3.1 创建变量对象

创建变量对象

  • 创建arguments对象:检查当前上下文中的参数,建立该对象的属性与属性值,仅在函数环境(非箭头函数)中进行,全局环境没有此过程

  • 检查当前上下文的函数声明:按代码顺序查找,将找到的函数提前声明,如果当前上下文的变量对象没有该函数名属性,则在该变量对象以函数名建立一个属性,属性值则为指向该函数所在堆内存地址的引用,如果存在,则会被新的引用覆盖。

  • 检查当前上下文的变量声明:按代码顺序查找,将找到的变量提前声明,如果当前上下文的变量对象没有该变量名属性,则在该变量对象以变量名建立一个属性,属性值为undefined;如果存在,则忽略该变量声明

函数声明提前和变量声明提升是在创建变量对象中进行的,且函数声明优先级高于变量声明。具体是如何函数和变量声明提前的可以看后面。

创建变量对象发生在预编译阶段,但尚未进入执行阶段,该变量对象都是不能访问的,因为此时的变量对象中的变量属性尚未赋值,值仍为undefined,只有进入执行阶段,变量对象中的变量属性进行赋值后,变量对象(Variable Object)转为活动对象(Active Object)后,才能进行访问,这个过程就是VO –> AO过程。

3.2 建立作用域链

通俗理解,作用域链由当前执行环境的变量对象(未进入执行阶段前)与上层环境的一系列活动对象组成,它保证了当前执行环境对符合访问权限的变量和函数的有序访问。

可以通过一个例子简单理解:

var num = 30;

function test() {
    var a = 10;

    function innerTest() {
        var b = 20;

        return a + b
    }

    innerTest()
}

test()复制代码

在上面的例子中,当执行到调用innerTest函数,进入innerTest函数环境。全局执行上下文和test函数执行上下文已进入执行阶段,innerTest函数执行上下文在预编译阶段创建变量对象,所以他们的活动对象和变量对象分别是AO(global),AO(test)和VO(innerTest),而innerTest的作用域链由当前执行环境的变量对象(未进入执行阶段前)与上层环境的一系列活动对象组成,如下:

innerTestEC = {

    //变量对象
    VO: {b: undefined}, 

    //作用域链
    scopeChain: [VO(innerTest), AO(test), AO(global)],  
    
    //this指向
    this: window
}复制代码

深入理解的话,创建作用域链,也就是创建词法环境,而词法环境有两个组成部分:

  • 环境记录:存储变量和函数声明的实际位置
  • 对外部环境的引用:可以访问其外部词法环境

词法环境类型伪代码如下:

// 第一种类型: 全局环境
GlobalExectionContext = {  // 全局执行上下文
  LexicalEnvironment: {    	  // 词法环境
    EnvironmentRecord: {   		// 环境记录
      Type: "Object",      		   // 全局环境
      // 标识符绑定在这里 
      outer: <null>  	   		   // 对外部环境的引用
  }  
}

// 第二种类型: 函数环境
FunctionExectionContext = { // 函数执行上下文
  LexicalEnvironment: {  	  // 词法环境
    EnvironmentRecord: {  		// 环境记录
      Type: "Declarative",  	   // 函数环境
      // 标识符绑定在这里 			  // 对外部环境的引用
      outer: <Global or outer function environment reference>  
  }  
}复制代码

在创建变量对象,也就是创建变量环境,而变量环境也是一个词法环境。在 ES6 中,词法 环境和 变量 环境的区别在于前者用于存储函数声明和变量( letconst )绑定,而后者仅用于存储变量( var )绑定。

如例子:

let a = 20;  
const b = 30;  
var c;

function multiply(e, f) {  
 var g = 20;  
 return e * f * g;  
}

c = multiply(20, 30);复制代码

执行上下文如下所示

GlobalExectionContext = {

  ThisBinding: <Global Object>,

  LexicalEnvironment: {  
    EnvironmentRecord: {  
      Type: "Object",  
      // 标识符绑定在这里  
      a: < uninitialized >,  
      b: < uninitialized >,  
      multiply: < func >  
    }  
    outer: <null>  
  },

  VariableEnvironment: {  
    EnvironmentRecord: {  
      Type: "Object",  
      // 标识符绑定在这里  
      c: undefined,  
    }  
    outer: <null>  
  }  
}

FunctionExectionContext = {  
   
  ThisBinding: <Global Object>,

  LexicalEnvironment: {  
    EnvironmentRecord: {  
      Type: "Declarative",  
      // 标识符绑定在这里  
      Arguments: {0: 20, 1: 30, length: 2},  
    },  
    outer: <GlobalLexicalEnvironment>  
  },

  VariableEnvironment: {  
    EnvironmentRecord: {  
      Type: "Declarative",  
      // 标识符绑定在这里  
      g: undefined  
    },  
    outer: <GlobalLexicalEnvironment>  
  }  
}复制代码

变量提升的具体原因:在创建阶段,函数声明存储在环境中,而变量会被设置为 undefined(在 var 的情况下)或保持未初始化(在 letconst 的情况下)。所以这就是为什么可以在声明之前访问 var 定义的变量(尽管是 undefined ),但如果在声明之前访问 letconst 定义的变量就会提示引用错误的原因。此时let 和 const处于未初始化状态不能使用,只有进入执行阶段,变量对象中的变量属性进行赋值后,变量对象(Variable Object)转为活动对象(Active Object)后,letconst才能进行访问。

关于函数声明和变量声明,这篇文章讲的很好:github.com/yygmind/blo…

另外关于闭包的理解,如例子:

function foo() {
    var num = 20;

    function bar() {
        var result = num + 20;

        return result
    }

    bar()
}

foo()复制代码

浏览器分析如下:

闭包

chrome浏览器理解闭包是foo,那么按浏览器的标准是如何定义闭包的,总结为三点:

  • 在函数内部定义新函数

  • 新函数访问外层函数的局部变量,即访问外层函数环境的活动对象属性

  • 新函数执行,创建新的函数执行上下文,外层函数即为闭包

3.3 this指向

比较复杂,后面专门弄一篇文章来整理。

三. 执行阶段

1. 网页的线程

永远只有JS引擎线程在执行JS脚本程序,其他三个线程只负责将满足触发条件的处理函数推进事件队列,等待JS引擎线程执行, 不参与代码解析与执行。

  • JS引擎线程: 也称为JS内核,负责解析执行Javascript脚本程序的主线程(例如V8引擎)

  • 事件触发线程: 归属于浏览器内核进程,不受JS引擎线程控制。主要用于控制事件(例如鼠标,键盘等事件),当该事件被触发时候,事件触发线程就会把该事件的处理函数推进事件队列,等待JS引擎线程执行

  • 定时器触发线程:主要控制计时器setInterval和延时器setTimeout,用于定时器的计时,计时完毕,满足定时器的触发条件,则将定时器的处理函数推进事件队列中,等待JS引擎线程执行。 注:W3C在HTML标准中规定setTimeout低于4ms的时间间隔算为4ms。

  • HTTP异步请求线程:通过XMLHttpRequest连接后,通过浏览器新开的一个线程,监控readyState状态变更时,如果设置了该状态的回调函数,则将该状态的处理函数推进事件队列中,等待JS引擎线程执行。 注:浏览器对通一域名请求的并发连接数是有限制的,Chrome和Firefox限制数为6个,ie8则为10个。

2. 宏任务

宏任务(macro-task)可分为同步任务异步任务

  • 同步任务指的是在JS引擎主线程上按顺序执行的任务,只有前一个任务执行完毕后,才能执行后一个任务,形成一个执行栈(函数调用栈)。

  • 异步任务指的是不直接进入JS引擎主线程,而是满足触发条件时,相关的线程将该异步任务推进任务队列(task queue),等待JS引擎主线程上的任务执行完毕,空闲时读取执行的任务,例如异步Ajax,DOM事件,setTimeout等。

理解宏任务中同步任务和异步任务的执行顺序,那么就相当于理解了JS异步执行机制–事件循环(Event Loop)。

3. 事件循环

事件循环可以理解成由三部分组成,分别是:

  • 主线程执行栈

  • 异步任务等待触发

  • 任务队列

任务队列(task queue)就是以队列的数据结构对事件任务进行管理,特点是先进先出,后进后出。

事件循环

setTimeout和setInterval的区别:

  • setTimeout是在到了指定时间的时候就把事件推到任务队列中,只有当在任务队列中的setTimeout事件被主线程执行后,才会继续再次在到了指定时间的时候把事件推到任务队列,那么setTimeout的事件执行肯定比指定的时间要久,具体相差多少跟代码执行时间有关

  • setInterval则是每次都精确的隔一段时间就向任务队列推入一个事件,无论上一个setInterval事件是否已经执行,所以有可能存在setInterval的事件任务累积,导致setInterval的代码重复连续执行多次,影响页面性能。

4. 微任务

微任务是在es6和node环境中出现的一个任务类型,如果不考虑es6和node环境的话,我们只需要理解宏任务事件循环的执行过程就已经足够了,但是到了es6和node环境,我们就需要理解微任务的执行顺序了。 微任务(micro-task)的API主要有:Promise, process.nextTick

微任务

例子理解:

console.log('script start');

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

Promise.resolve().then(function() {
  console.log('promise1');
}).then(function() {
  console.log('promise2');
});

console.log('script end');复制代码

执行过程如下:

  • 代码块通过语法分析和预编译后,进入执行阶段,当JS引擎主线程执行到console.log('script start');,JS引擎主线程认为该任务是同步任务,所以立刻执行输出script start,然后继续向下执行;

  • JS引擎主线程执行到setTimeout(function() { console.log('setTimeout'); }, 0);,JS引擎主线程认为setTimeout是异步任务API,则向浏览器内核进程申请开启定时器线程进行计时和控制该setTimeout任务。由于W3C在HTML标准中规定setTimeout低于4ms的时间间隔算为4ms,那么当计时到4ms时,定时器线程就把该回调处理函数推进任务队列中等待主线程执行,然后JS引擎主线程继续向下执行

  • JS引擎主线程执行到Promise.resolve().then(function() { console.log('promise1'); }).then(function() { console.log('promise2'); });,JS引擎主线程认为Promise是一个微任务,这把该任务划分为微任务,等待执行

  • JS引擎主线程执行到console.log('script end');,JS引擎主线程认为该任务是同步任务,所以立刻执行输出script end

  • 主线程上的宏任务执行完毕,则开始检测是否存在可执行的微任务,检测到一个Promise微任务,那么立刻执行,输出promise1和promise2

  • 微任务执行完毕,主线程开始读取任务队列中的事件任务setTimeout,推入主线程形成新宏任务,然后在主线程中执行,输出setTimeout

最后的输出结果即为:

script start
script end
promise1
promise2
setTimeout复制代码

文章参考:

github.com/yygmind/blo…

heyingye.github.io/2018/03/19/…

heyingye.github.io/2018/03/26/…

github.com/yygmind/blo…


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