JavaScript异步和单线程

单线程

1. 什么是单线程

//例子1
console.log(1)
console.log(2)
console.log(3)
//输出顺序 1 2 3

单线程即同一时间只做一件事

2. JavaScript为什么是单线程

• 首先是历史原因，在创建 javascript 这门语言时，多进程多线程的架构并不流行，硬件支持并不好。
• 其次是因为多线程的复杂性，多线程操作需要加锁，编码的复杂性会增高。
• 而且，如果同时操作 DOM ，在多线程不加锁的情况下，最终会导致 DOM 渲染的结果不可预期

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。

异步

1.JS的 同步任务/异步任务

• 同步任务： 在主线程上排队执行的任务，只有前一个任务执行完毕，才能执行后一个任务
• 异步任务： 不进入主线程、而进入 "任务队列"（task queue） 的任务，只有"任务队列"通知主线程，某个异步任务可以执行了，该任务才会进入主线程执行

//异步的例子
console.log(1)

setTimeout(()=>{
  console.log(2)
},100)

console.log(3)
//输出顺序 1 3 2

2. JavaScript为什么需要异步

如果在JS代码执行过程中，某段代码执行过久，后面的代码迟迟不能执行，产生 阻塞（即卡死），会影响用户体验。

JavaScript怎么实现异步

JS 实现异步时通过 事件循环（Event Loop），下面我们来了解一下

1.执行栈与任务队列

先理解几个概念

• JS任务 分为同步任务（synchronous）和异步任务（asynchronous）
• 同步任务都在 JS引擎线程（主线程） 上执行，形成一个执行栈(call stack)
• 事件触发线程 管理一个 任务队列(Task Queue)
• 异步任务 触发条件达成，将 回调事件 放到任务队列(Task Queue)中
• 执行栈中所有同步任务执行完毕，此时JS引擎线程空闲，系统会读取任务队列，将可运行的异步任务回调事件添加到执行栈中，开始执行

当一个JS文件第一次执行的时候，js引擎会 解析这段代码，并将其中的同步代码 按照执行顺序加入执行栈中，然后从头开始执行。如果当前执行的是一个方法，那么js会向执行栈中添加这个方法的执行环境，然后进入这个执行环境继续执行其中的代码。当这个执行环境中的代码 执行完毕并返回结果后，js会退出这个执行环境并把这个执行环境销毁，回到上一个方法的执行环境。这个过程反复进行，直到执行栈中的代码全部执行完毕。

举个例子：

//Event loop

//（1）
console.log(1)

//（2）
setTimeout(()=>{
    console.log(2)
},100)

//（3）
console.log(3)

1. 先解析整段代码，按照顺序加入到执行栈中，从头开始执行
2. 先执行（1），是同步的，所以直接打印 1
3. 执行（2），发现是 setTimeout，于是调用浏览器的方法（webApi）执行，在 100ms后将 console.log(2) 加入到任务队列
4. 执行（3），同步的，直接打印 3
5. 执行栈已经清空了，现在检查任务队列，（执行太快的话可能此时任务队列还是空的，没到100ms，还没有将（2）的打印加到任务队列，于是不停的检测，直到队列中有任务），发现有 console.log(2)，于是添加到执行栈，执行console.log(2)，同步代码，直接打印 2 （如果这里是异步任务，同样会再走一遍循环：=>任务队列=>执行栈）

所以结果是 1 3 2

注：setTimeout/Promise等我们称之为任务源。而进入任务队列的是他们指定的回调

2.宏任务(macro task)与微任务(micro task)

上面的循环只是一个宏观的表述，实际上异步任务之间也是有不同的，分为 宏任务(macro task) 与 微任务(micro task)，最新的标准中，他们被称为 task与 jobs

• 宏任务有哪些：script(整体代码), setTimeout, setInterval, setImmediate, I/O, UI rendering（渲染）
• 微任务有哪些：process.nextTick, Promise, Object.observe(已废弃), MutationObserver(html5新特性)

下面我们再详细讲解一下执行过程

执行栈在执行的时候，会把宏任务放在一个宏任务的任务队列，把微任务放在一个微任务的任务队列，在当前执行栈为空的时候，主线程会 查看微任务队列是否有事件存在。如果微任务队列不存在，那么会去宏任务队列中 取出一个任务 加入当前执行栈；如果微任务队列存在，则会依次执行微任务队列中的所有任务，直到微任务队列为空（同样，是吧队列中的事件加到执行栈执行），然后去宏任务队列中取出最前面的一个事件加入当前执行栈...如此反复，进入循环。

注：

• 宏任务和微任务的任务队列都可以有多个
• 当前执行栈执行完毕时会立刻先处理所有微任务队列中的事件，然后再去宏任务队列中取出一个事件。同一次事件循环中，微任务永远在宏任务之前执行。
• 不同的运行环境 循环策略可能有不同，这里探讨chrome、node环境

举个例子：

//Event loop

//（1）
setTimeout(()=>{
  console.log(1)
},100)

//（2）
setTimeout(()=>{
  console.log(2)
},100)

//（3）
new Promise(function(resolve,reject){
  //（4）
  console.log(3)
  resolve(4)
}).then(function(val){
  //（5）
  console.log(val);
})

//（6）
new Promise(function(resolve,reject){
  //（7）
  console.log(5)
  resolve(6)
}).then(function(val){
  //（8）
  console.log(val);
})

//（9）
console.log(7)

//（10）
setTimeout(()=>{
  console.log(8)
},50)

• 上面的代码在node和chrome环境的正确打印顺序是 3 5 7 4 6 8 1 2

下面分析一下执行过程：

1. 全部代码在解析后加入执行栈
2. 执行（1），宏任务，调用webapi setTimeout，这个方法会在100ms后将回调函数放入宏任务的任务队列
3. 执行（2），同（1），但是会比（1）稍后一点
4. 执行（3），同步执行new Promise，然后执行（4），直接打印 3 ，然后resolve(4)，然后.then()，把（5）放入微任务的任务队列
5. 执行（6），同上，先打印 5 ，再执行resolve(6)，然后.then()里面的内容（8）加入到微任务的任务队列
6. 执行（9），同步代码，直接打印 7
7. 执行（10），同（1）和（2），只是时间更短，会在 50ms 后将回调 console.log(8) 加入宏任务的任务队列
8. 现在执行栈清空了，开始检查微任务队列，发现（5），加入到执行栈执行，是同步代码，直接打印 4
9. 任务队列又执行完了，又检查微任务队列，发现（8），打印 6
10. 任务队列又执行完了，检查微任务队列，没有任务，再检查宏任务队列，此时如果超过了50ms的话，会发现 console.log(8) 在宏任务队列中，于是执行 打印 8
11. 依次打印 1 2

注：因为渲染也是宏任务，需要在一次执行栈执行完后才会执行渲染，所以如果执行栈中同时有几个同步的改变同一个样式的代码，在渲染时只会渲染最后一个