JavaScript 运行机制详解：Event Loop

[juzhiyuan]

改自 http://www.ruanyifeng.com/blog/2014/10/event-loop.html

• 视频：事件循环到底是什么

参照 #41

JavaScript 是单线程

单线程即同一时间只能做一件事，这与它最初的用途有关。早期作为浏览器脚本语言，主要用于与用户交互、操作 DOM。这决定了它只能是单线程，否则（多线程）会带来不可预测的同步问题。

假设 JavaScript 有两个线程A、B，A线程在某个 DOM 节点上添加内容，B线程在这个DOM节点上删除内容，这时浏览器该以哪个线程为准？因此，JavaScript 从诞生时就是单线程。

为了利用多核CPU计算能力，HTML5 提出了 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，因此本质上还是单线程。

任务队列

单线程意味着所有任务需要排队，前一个任务结束、才会执行下一个任务。如果前一个任务耗时很长，后一个任务不得不等着。

如果排队是因为计算量大，CPU忙不过来，那可以理解；但是CPU通常是闲着的，因为IO设备很慢（例如ajax从网络读取数据），不得不等着结果出来，再往下执行。

JavaScript 的设计者意识到：主线程可以不管IO设备并挂起处于等待中的任务，先运行排在后面的任务。等到IO设备返回结果，再去执行被挂起的任务。

因此，任务可以分两种：同步任务与异步任务。

• 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。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。

异步执行运行机制如下（同步执行也是如此，因为它可以被视为没有异步任务的异步执行）

1. 所有同步任务都在主线程上执行，形成一个执行栈
2. 主线程之外，存在一个任务队列。只要异步任务有了结果，就在任务队列中放置一个事件。
3. 一旦执行栈中所有同步任务执行完毕，系统就会读取任务队列，查看其中有哪些事件。那些对应的异步任务，结束等待状态，进入执行栈，开始执行。
4. 主线程重复以上三步

主线程与任务队列示意图：

只要主线程空了，就会重复不断地去读取任务队列，这就是JavaScript的运行机制。

事件与回调函数

任务队列是一个事件队列，IO设备完成一项任务，就在任务队列中添加一个事件，表示相关异步任务可以进入执行栈了。主线程读取任务队列，就是读取有哪些事件。

任务队列中的事件，除了IO设备的事件以外，还包括一些用户产生的事件，如 鼠标点击、页面滚动等。只要指定过回调函数，这些事件发生时就会进入任务队列，等待主线程读取。

所谓回调函数，就是会被主线程挂起的代码。异步任务必须指定回调函数，当主线程开始执行异步任务，就是执行对应的回调函数。

任务队列是一个先进先出的数据结构，排在前面的事件会优先被主线程读取。主线程读取过程是自动的，只要执行栈清空，任务队列上第一位的事件就自动进入主线程。但是，由于存在后文提到的定时器功能，主线程首先要检查执行时间，某些事件只有到了规定的时间，才能返回主线程。

Event Loop（事件循环）

主线程从任务队列中读取事件，这个过程是循环不断的，因此这种运行机制被称为Event Loop。

上图中，主线程运行时，产生堆 与 栈，栈中代码调用各种外部API，它们在任务队列中添加各种事件（click、load、done）。只要栈中代码执行完毕，主线程就会去读取任务队列，依次执行那些事件对应的回调函数。

执行栈中的代码（同步任务），总是在读取任务队列（异步任务）之前运行。请看下面的例子：

const req = new XMLHttpRequest()
req.open('GET', url)
req.onload = function () {}
req.onerror = function () {}
req.send()

上面代码中的req.send方法是ajax向服务器发送数据，它是一个异步任务，意味着只有当前脚本所有代码执行完毕后，系统才会去读取任务队列。因此，它与下面的写法等价：

const req = new XMLHttpRequest()
req.open('GET', url)
req.send()
req.onload = function () {}
req.onerror = function () {}

即指定回调函数的部分（onload与onerror），在send()方法的前后都可以。因为它们属于执行栈的一部分，系统总是执行完它们才会去读取任务队列。

定时器

除了放置异步任务的事件，任务队列还可以放置定时器事件，即指定某些代码在多少时间之后执行。

定时器功能主要由**setTimeout()与setInterval()**这两个函数完成，它们的内部运行机制完全一样，区别在于前者指定的代码是一次性执行，后者则为反复执行。

以下主要讨论setTimeout()：

setTimeout()接受两个参数，第一个是回调函数，第二个是推迟执行的毫秒数：

console.log(1)
setTimeout(function() {
  console.log(2)
}, 1000)
console.log(3)

上方执行结果输出为1、3、2，因为setTimeout()将第二行推迟到1000ms之后才执行。

如果将setTimeout()的第二个参数设置为0，则表示当前代码执行完（执行栈清空）以后，立即执行（0ms间隔）指定的回调函数。（仍旧是最后执行setTimeout）

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

上面代码输出总是2、1，因为只有在执行完下方代码后，才会去执行任务队列中的回调函数。因此，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。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。

HTML5 规定了 setTimeout() 的第二个参数的最小值（最短间隔），不得低于4ms，若低于4ms，则自动增加。另外，对于DOM的变动（尤其是设计页面重新渲染的部分），通常不会立即执行，而是每16ms执行一次。这时使用requestAnimation()的效果好于setTimeout()

需要注意的是，setTimeout()只是将事件插入了任务队列，必须等到当前代码（执行栈）执行完，主线程才会执行它指定的回调函数。如果当前代码耗时很长，有可能要等很久，所以没办法保证回调函数一定会在setTimeout()指定的时间执行。

[juzhiyuan]

上方描述有误，参考 https://blog.csdn.net/lin_credible/article/details/40143961

[juzhiyuan]

#41