进程、线程、同步、异步、任务队列、微任务、宏任务

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1. 进程与线程

进程是一个动态的过程,是一个活动的实体。简单来说,一个应用程序的运行就可以被看做是一个进程,而线程,是运行中的实际的任务执行者。可以说,进程中包含了多个可以同时运行的线程。

JavaScript语言的一大特点就是单线程,也就是说,同一个时间只能做一件事。那么,为什么JavaScript不能有多个线程呢?这样可以提高效率。

JavaScript的单线程,与它的用途有关。作为浏览器脚本语言,JavaScript的主要用途是与用户互动,以及操作DOM。这决定了它只能是单线程,否则会带来很复杂的同步问题。比如,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?

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。

2.同步与异步

单线程就意味着,所有任务需要排队,前一个任务结束,才会执行后一个任务。如果前一个任务耗时很长,后一个任务就不得不一直等着。

如果排队是因为计算量大,CPU忙不过来,倒也算了,但是很多时候CPU是闲着的,因为IO设备(输入输出设备)很慢(比如Ajax操作从网络读取数据),不得不等着结果出来,再往下执行。

JavaScript语言的设计者意识到,这时主线程完全可以不管IO设备,挂起处于等待中的任务,先运行排在后面的任务。等到IO设备返回了结果,再回过头,把挂起的任务继续执行下去。

于是,所有任务可以分成两种,一种是同步任务(synchronous),另一种是异步任务(asynchronous)。

​ 同步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。

​ 顺序执行;

​ 阻塞的;

**异步**: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。

使用异步的场景:

(1)定时任务,setTimeout,setInterval

(2)网络请求: ajax请求,动态加载

(3)事件绑定,点击等交互事件

3.任务队列

异步任务运行机制: 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,还存在一个"任务队列"。只要异步操作执行完成,就到任务队列中排队 3、一旦执行栈中的所有同步任务执行完毕,系统就会按次序读取任务队列中的异步任务,于是被读取的异步任务结束等待状态,进入执行栈,开始执行 4、主线程不断重复上面的第三步。 主线程从"任务队列"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)

主线程和任务队列的示意图如下。

图解.png 只要主线程空了,就会读取"任务队列",这就是JavaScript的运行机制。此过程会不断重复。

4、事件和回调函数

"任务队列"是一个事件的队列(也可以理解成消息的队列),IO设备完成一项任务,就在"任务队列"中添加一个事件,表示相关的异步任务可以进入"执行栈"了。主线程读取"任务队列",就是读取里面有哪些事件。

"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(比如鼠标点击、页面滚动等等)。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"(callback),就是那些会被主线程挂起来的代码。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,优先被主线程读取。主线程的读取过程基本上是自动的,只要执行栈一清空,"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,主线程首先要检查一下执行时间,某些事件只有到了规定的时间,才能返回主线程。

5、Event Loop

主线程从"任务队列"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)。

为了更好地理解Event Loop,图解如下。

图解.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"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",依次执行那些事件所对应的回调函数。

6、微任务、宏任务

在事件循环中,每进行一次循环操作称为tick。 分为宏任务(macrotask )和微任务(microtask ) 并且每个宏任务结束后, 都要清空所有的微任务,这里的 Macro Task也是我们常说的 task 。

宏任务macrotask

包括:script( 整体代码)、setTimeout、setInterval、I/O、UI 交互事件、setImmediate(Node.js 环境)

微任务(特殊的任务)microtask

包括:Promise、MutaionObserver、process.nextTick(Node.js 环境)

Js 中,有两类任务队列:宏任务队列(macro tasks)和微任务队列(micro tasks)。宏任务队列可以有多个,微任务队列只有一个。

关系图.png 执行顺序: JS 引擎会将所有任务按照类别分到这两个队列中 (1) 在 宏任务 的队列中取出第一个任务(一般最初始,宏任务队列中,只有一个 scrip t(整体代码)任务) (2)执行完毕后取出 微任务 队列中的所有任务顺序执行 (3)再取 宏任务,周而复始,直至两个队列的任务都取完。

console.log('script start')
// 第一个异步任务
setTimeout(()=>{
    console.log('setTimeout')
},0)

// 第二个异步任务
Promise.resolve().then(()=>{
    console.log('promise1')
}).then(()=>{ 
  console.log('promise2');
})
console.log('script end')

分析前面例子可得:

  1. 第一次执行主函数,输出script start
  2. 遇到setTimeout,将对应的callback插入macrotask queue
  3. 遇到promise,将对应的callback插入microtask queue
  4. 输出script end,主函数运行结束,执行栈清空,此时开始检查microtask queue,发现里面有可运行的任务,因此按顺序输出promise1promise2
  5. microtask queue执行完,开始新一轮循环,从macrotask queue取出setTimeout任务并执行,输出setTimeout
  6. 结束,呈现上面的输出结果。