JS的事件循环机制

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什么是 Event Loop?

顾名思义:事件循环

定义:"Event Loop 是一个程序结构,用于等待和发送消息和事件

Event Loop 是指计算机系统的一种运行机制;JavaScript 就采用这种机制来解决单线程带来的一些问题。

要了解 Event Loop,首先要知道程序的运行模式。运行起来的程序叫做进程,一般一个进程一次只能执行一个任务。如果有很多任务需要执行,则无外乎以下三种解决办法

  1. 排队,因为一个进程一次只能执行一个任务,所以只能等前面的任务执行完毕,再执行后面的任务
  2. 新建进程,使用 fork 命令,为每个任务新建一个进程。
  3. 新建线程,因为进程太耗费资源,所以现在的程序往往允许一个进程包含多个线程,由线程去完成任务。

为什么 JS 是单线程

所谓单线程就是指程序在同一时间只能干一件事情,那 JavaScript 为什么不设计为多线程呢?

这与 JavaScript 的用途有关,因为 JavaScript 设计之初是作为浏览器脚本语言而存在的,它的主要用途在于与用户交互及操作 DOM,这就决定了它必须是单线程,因为如果是多线程就明显会带来很多复杂的同步问题。

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?

所以,为了避免程序设计的复杂性,JavaScript 从诞生之日起就明确为单线程语言,这一特性以后也不会改变。

任务队列

单线程就意味着,它的所有任务都是在一个线程上进行完成,也就是说 JavaScript 执行任务时,需要按照排队原则进行任务处理,一旦遇到大量任务或者耗时任务时,JavaScript 就会处于假死状态,无法响应用户的行为。

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。

显然这是有问题的,主线程完全可以不用管 I/O 设备,挂起处于等待中的任务,先运行后面的任务,等 I/O 设备返回了结构,再回头将挂起的任务执行完成。

所以基于这样的一个思想,JavaScript 的语言设计就将所有的任务分为了两类:

  1. 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;
  2. 异步任务:这类任务不进入主线程,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;

异步执行具体机制如下:

  1. 所有同步任务都在主线程上执行,形成一个执行栈;
  2. 主线程之外还有一个任务队列,只要异步任务有了运行结果,就在任务队列中放置一个事件;
  3. 一旦执行栈中的所有同步任务执行完成之后,系统就会自动读取任务队列,看里面有哪些事件,找到这些事件对应的异步操作,结束它们的等待状态,进入执行栈,开始执行;
  4. 主线程会不断的重复这个以上三步操作; :::

只要主线程空了,就会去读取任务队列,这就是 JavaScript 的运行机制,这个过程是不断重复的;

事件和回调函数

任务队列是一个事件队列(也可以理解为消息队列),当 I/O 设备完成一项任务之后,就会在任务队列中添加一个事件,标记表示相关的异步操作可以进入执行栈执行。这样当主线程读取到任务队列时,就可从这些事件中获知可继续执行的异步任务。

"任务队列"中的事件,除了 I/O 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。

所谓回调函数就是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时,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(队列),排在前面的事件,会优先被主线程读取。主线程的读取是自动,只要执行栈一清空,任务队列的第一位事件就自动进入主线程。由于存在定时器的功能,所以主线程会先检查执行时间,对于有的事件只有到了规定的时间才返回主线程进行执行。

Event Loop

主线程从任务队列读取事件这个过程是不断循环的,所以整个这种运行机制即为 Event Loop(事件循环)

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。

定时器

JavaScript 中定时器功能主要由 setTimeout()setInterval()这两个函数来完成,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()

任务队列除了放置异步任务的事件,还可以放置定时事件。

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,也就是说,尽可能早得执行。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。

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,主线程才会去执行它指定的回调函数。要是当前代码耗时很长,有可能要等很久,所以并没有办法保证,回调函数一定会在 setTimeout()指定的时间执行。