徹底弄懂 JavaScript 執(zhí)行機制

更新時間：2018年10月23日 09:32:03 作者：ssssyoki

不論你是javascript新手還是老鳥，不論是面試求職，還是日常開發(fā)工作，我們經(jīng)常會遇到這樣的情況：給定的幾行代碼，我們需要知道其輸出內(nèi)容和順序。接下來通過本文給大家分享 JavaScript 執(zhí)行機制，感興趣的朋友一起看看吧

不論你是javascript新手還是老鳥，不論是面試求職，還是日常開發(fā)工作，我們經(jīng)常會遇到這樣的情況：給定的幾行代碼，我們需要知道其輸出內(nèi)容和順序。因為javascript是一門單線程語言，所以我們可以得出結(jié)論：

javascript是按照語句出現(xiàn)的順序執(zhí)行的

看到這里讀者要打人了：我難道不知道js是一行一行執(zhí)行的？還用你說？稍安勿躁，正因為js是一行一行執(zhí)行的，所以我們以為js都是這樣的：

let a = '1';
console.log(a);
let b = '2';
console.log(b);

然而實際上js是這樣的：

setTimeout(function(){
 console.log('定時器開始啦')
});

new Promise(function(resolve){
 console.log('馬上執(zhí)行for循環(huán)啦');
 for(var i = 0; i < 10000; i++){
  i == 99 && resolve();
 }
}).then(function(){
 console.log('執(zhí)行then函數(shù)啦')
});

console.log('代碼執(zhí)行結(jié)束');

依照js是按照語句出現(xiàn)的順序執(zhí)行這個理念，我自信的寫下輸出結(jié)果：

//"定時器開始啦"
//"馬上執(zhí)行for循環(huán)啦"
//"執(zhí)行then函數(shù)啦"
//"代碼執(zhí)行結(jié)束"去chrome上驗證下，結(jié)果完全不對，瞬間懵了，說好的一行一行執(zhí)行的呢？

我們真的要徹底弄明白javascript的執(zhí)行機制了。

1.關(guān)于javascriptjavascript是一門單線程語言，在最新的HTML5中提出了Web-Worker，但javascript是單線程這一核心仍未改變。所以一切javascript版的"多線程"都是用單線程模擬出來的，一切javascript多線程都是紙老虎！

2.javascript事件循環(huán)既然js是單線程，那就像只有一個窗口的銀行，客戶需要排隊一個一個辦理業(yè)務(wù)，同理js任務(wù)也要一個一個順序執(zhí)行。如果一個任務(wù)耗時過長，那么后一個任務(wù)也必須等著。那么問題來了，假如我們想瀏覽新聞，但是新聞包含的超清圖片加載很慢，難道我們的網(wǎng)頁要一直卡著直到圖片完全顯示出來？因此聰明的程序員將任務(wù)分為兩類：

同步任務(wù)
異步任務(wù)

當(dāng)我們打開網(wǎng)站時，網(wǎng)頁的渲染過程就是一大堆同步任務(wù)，比如頁面骨架和頁面元素的渲染。而像加載圖片音樂之類占用資源大耗時久的任務(wù)，就是異步任務(wù)。關(guān)于這部分有嚴(yán)格的文字定義，但本文的目的是用最小的學(xué)習(xí)成本徹底弄懂執(zhí)行機制，所以我們用導(dǎo)圖來說明：

導(dǎo)圖要表達的內(nèi)容用文字來表述的話：

同步和異步任務(wù)分別進入不同的執(zhí)行"場所"，同步的進入主線程，異步的進入Event Table并注冊函數(shù)。
當(dāng)指定的事情完成時，Event Table會將這個函數(shù)移入Event Queue。
主線程內(nèi)的任務(wù)執(zhí)行完畢為空，會去Event Queue讀取對應(yīng)的函數(shù)，進入主線程執(zhí)行。
上述過程會不斷重復(fù)，也就是常說的Event Loop(事件循環(huán))。

我們不禁要問了，那怎么知道主線程執(zhí)行棧為空啊？js引擎存在monitoring process進程，會持續(xù)不斷的檢查主線程執(zhí)行棧是否為空，一旦為空，就會去Event Queue那里檢查是否有等待被調(diào)用的函數(shù)。

說了這么多文字，不如直接一段代碼更直白：

let data = [];
$.ajax({
 url:www.javascript.com,
 data:data,
 success:() => {
  console.log('發(fā)送成功!');
 }
})

console.log('代碼執(zhí)行結(jié)束');上面是一段簡易的ajax請求代碼：

ajax進入Event Table，注冊回調(diào)函數(shù)success。
執(zhí)行console.log('代碼執(zhí)行結(jié)束')。
ajax事件完成，回調(diào)函數(shù)success進入Event Queue。
主線程從Event Queue讀取回調(diào)函數(shù)success并執(zhí)行。

相信通過上面的文字和代碼，你已經(jīng)對js的執(zhí)行順序有了初步了解。接下來我們來研究進階話題：setTimeout。

3.又愛又恨的setTimeout

大名鼎鼎的setTimeout無需再多言，大家對他的第一印象就是異步可以延時執(zhí)行，我們經(jīng)常這么實現(xiàn)延時3秒執(zhí)行：

setTimeout(() => {
 console.log('延時3秒');
},

3000)漸漸的setTimeout用的地方多了，問題也出現(xiàn)了，有時候明明寫的延時3秒，實際卻5，6秒才執(zhí)行函數(shù)，這又咋回事啊？

先看一個例子：

setTimeout(() => {
 task();
},3000)

console.log('執(zhí)行console');根據(jù)前面我們的結(jié)論，setTimeout是異步的，應(yīng)該先執(zhí)行console.log這個同步任務(wù)，所以我們的結(jié)論是：

//執(zhí)行console
//task()去驗證一下，結(jié)果正確！然后我們修改一下前面的代碼：
setTimeout(() => {
 task()
},3000)

sleep(10000000)乍一看其實差不多嘛，但我們把這段代碼在chrome執(zhí)行一下，卻發(fā)現(xiàn)控制臺執(zhí)行task()需要的時間遠遠超過3秒，說好的延時三秒，為啥現(xiàn)在需要這么長時間啊？

這時候我們需要重新理解setTimeout的定義。我們先說上述代碼是怎么執(zhí)行的：

task()進入Event Table并注冊,計時開始。
執(zhí)行sleep函數(shù)，很慢，非常慢，計時仍在繼續(xù)。
3秒到了，計時事件timeout完成，task()進入Event Queue，但是sleep也太慢了吧，還沒執(zhí)行完，只好等著。
sleep終于執(zhí)行完了，task()終于從Event Queue進入了主線程執(zhí)行。

上述的流程走完，我們知道setTimeout這個函數(shù)，是經(jīng)過指定時間后，把要執(zhí)行的任務(wù)(本例中為task())加入到Event Queue中，又因為是單線程任務(wù)要一個一個執(zhí)行，如果前面的任務(wù)需要的時間太久，那么只能等著，導(dǎo)致真正的延遲時間遠遠大于3秒。

我們還經(jīng)常遇到setTimeout(fn,0)這樣的代碼，0秒后執(zhí)行又是什么意思呢？是不是可以立即執(zhí)行呢？

答案是不會的，setTimeout(fn,0)的含義是，指定某個任務(wù)在主線程最早可得的空閑時間執(zhí)行，意思就是不用再等多少秒了，只要主線程執(zhí)行棧內(nèi)的同步任務(wù)全部執(zhí)行完成，棧為空就馬上執(zhí)行。舉例說明：

//代碼1
console.log('先執(zhí)行這里');
setTimeout(() => {
 console.log('執(zhí)行啦')
},0);//代碼2
console.log('先執(zhí)行這里');
setTimeout(() => {
 console.log('執(zhí)行啦')
},3000);代碼1的輸出結(jié)果是：
//先執(zhí)行這里
//執(zhí)行啦代碼2的輸出結(jié)果是：
//先執(zhí)行這里
// ... 3s later
// 執(zhí)行啦關(guān)于setTimeout要補充的是，即便主線程為空，0毫秒實際上也是達不到的。根據(jù)HTML的標(biāo)準(zhǔn)，最低是4毫秒。有興趣的同學(xué)可以自行了解。

4.又恨又愛的setInterval

上面說完了setTimeout，當(dāng)然不能錯過它的孿生兄弟setInterval。他倆差不多，只不過后者是循環(huán)的執(zhí)行。對于執(zhí)行順序來說，setInterval會每隔指定的時間將注冊的函數(shù)置入Event Queue，如果前面的任務(wù)耗時太久，那么同樣需要等待。

唯一需要注意的一點是，對于setInterval(fn,ms)來說，我們已經(jīng)知道不是每過ms秒會執(zhí)行一次fn，而是每過ms秒，會有fn進入Event Queue。一旦setInterval的回調(diào)函數(shù)fn執(zhí)行時間超過了延遲時間ms，那么就完全看不出來有時間間隔了。這句話請讀者仔細品味。

5.Promise與process.nextTick(callback)

傳統(tǒng)的定時器我們已經(jīng)研究過了，接著我們探究Promise與process.nextTick(callback)的表現(xiàn)。

Promise的定義和功能本文不再贅述，不了解的讀者可以學(xué)習(xí)一下阮一峰老師的Promise。而process.nextTick(callback)類似node.js版的"setTimeout"，在事件循環(huán)的下一次循環(huán)中調(diào)用 callback 回調(diào)函數(shù)。

我們進入正題，除了廣義的同步任務(wù)和異步任務(wù)，我們對任務(wù)有更精細的定義：

macro-task(宏任務(wù))：包括整體代碼script，setTimeout，setInterval
micro-task(微任務(wù))：Promise，process.nextTick

不同類型的任務(wù)會進入對應(yīng)的Event Queue，比如setTimeout和setInterval會進入相同的Event Queue。

事件循環(huán)的順序，決定js代碼的執(zhí)行順序。進入整體代碼(宏任務(wù))后，開始第一次循環(huán)。接著執(zhí)行所有的微任務(wù)。然后再次從宏任務(wù)開始，找到其中一個任務(wù)隊列執(zhí)行完畢，再執(zhí)行所有的微任務(wù)。聽起來有點繞，我們用文章最開始的一段代碼說明：

setTimeout(function() {
 console.log('setTimeout');
})
new Promise(function(resolve) {
 console.log('promise');
}).then(function() {
 console.log('then');
})

console.log('console');

這段代碼作為宏任務(wù)，進入主線程。
先遇到setTimeout，那么將其回調(diào)函數(shù)注冊后分發(fā)到宏任務(wù)Event Queue。(注冊過程與上同，下文不再描述)
接下來遇到了Promise，new Promise立即執(zhí)行，then函數(shù)分發(fā)到微任務(wù)Event Queue。
遇到console.log()，立即執(zhí)行。
好啦，整體代碼script作為第一個宏任務(wù)執(zhí)行結(jié)束，看看有哪些微任務(wù)？我們發(fā)現(xiàn)了then在微任務(wù)Event Queue里面，執(zhí)行。
ok，第一輪事件循環(huán)結(jié)束了，我們開始第二輪循環(huán)，當(dāng)然要從宏任務(wù)Event Queue開始。我們發(fā)現(xiàn)了宏任務(wù)Event Queue中setTimeout對應(yīng)的回調(diào)函數(shù)，立即執(zhí)行。
結(jié)束。

事件循環(huán)，宏任務(wù)，微任務(wù)的關(guān)系如圖所示：

我們來分析一段較復(fù)雜的代碼，看看你是否真的掌握了js的執(zhí)行機制：

console.log('1');

setTimeout(function() {
 console.log('2');
 process.nextTick(function() {
  console.log('3');
 })
 new Promise(function(resolve) {
  console.log('4');
  resolve();
 }).then(function() {
  console.log('5')
 })
})
process.nextTick(function() {
 console.log('6');
})
new Promise(function(resolve) {
 console.log('7');
 resolve();
}).then(function() {
 console.log('8')
})

setTimeout(function() {
 console.log('9');
 process.nextTick(function() {
  console.log('10');
 })
 new Promise(function(resolve) {
  console.log('11');
  resolve();
 }).then(function() {
  console.log('12')
 })
})

第一輪事件循環(huán)流程分析如下：

整體script作為第一個宏任務(wù)進入主線程，遇到console.log，輸出1。
遇到setTimeout，其回調(diào)函數(shù)被分發(fā)到宏任務(wù)Event Queue中。我們暫且記為setTimeout1。
遇到process.nextTick()，其回調(diào)函數(shù)被分發(fā)到微任務(wù)Event Queue中。我們記為process1。
遇到Promise，new Promise直接執(zhí)行，輸出7。then被分發(fā)到微任務(wù)Event Queue中。我們記為then1。
又遇到了setTimeout，其回調(diào)函數(shù)被分發(fā)到宏任務(wù)Event Queue中，我們記為setTimeout2。

上表是第一輪事件循環(huán)宏任務(wù)結(jié)束時各Event Queue的情況，此時已經(jīng)輸出了1和7。
我們發(fā)現(xiàn)了process1和then1兩個微任務(wù)。
執(zhí)行process1,輸出6。
執(zhí)行then1，輸出8。

好了，第一輪事件循環(huán)正式結(jié)束，這一輪的結(jié)果是輸出1，7，6，8。那么第二輪時間循環(huán)從setTimeout1宏任務(wù)開始：

首先輸出2。接下來遇到了process.nextTick()，同樣將其分發(fā)到微任務(wù)Event Queue中，記為process2。new Promise立即執(zhí)行輸出4，then也分發(fā)到微任務(wù)Event Queue中，記為then2。

第二輪事件循環(huán)宏任務(wù)結(jié)束，我們發(fā)現(xiàn)有process2和then2兩個微任務(wù)可以執(zhí)行。
輸出3。
輸出5。
第二輪事件循環(huán)結(jié)束，第二輪輸出2，4，3，5。
第三輪事件循環(huán)開始，此時只剩setTimeout2了，執(zhí)行。
直接輸出9。
將process.nextTick()分發(fā)到微任務(wù)Event Queue中。記為process3。
直接執(zhí)行new Promise，輸出11。
將then分發(fā)到微任務(wù)Event Queue中，記為then3。

宏任務(wù)Event Queue
微任務(wù)Event Queue

process3

then3

第三輪事件循環(huán)宏任務(wù)執(zhí)行結(jié)束，執(zhí)行兩個微任務(wù)process3和then3。

輸出10。
輸出12。

第三輪事件循環(huán)結(jié)束，第三輪輸出9，11，10，12。

整段代碼，共進行了三次事件循環(huán)，完整的輸出為1，7，6，8，2，4，3，5，9，11，10，12。(請注意，node環(huán)境下的事件監(jiān)聽依賴libuv與前端環(huán)境不完全相同，輸出順序可能會有誤差)

6.寫在最后

(1)js的異步我們從最開頭就說javascript是一門單線程語言，不管是什么新框架新語法糖實現(xiàn)的所謂異步，其實都是用同步的方法去模擬的，牢牢把握住單線程這點非常重要。

(2)事件循環(huán)Event Loop事件循環(huán)是js實現(xiàn)異步的一種方法，也是js的執(zhí)行機制。
(3)javascript的執(zhí)行和運行執(zhí)行和運行有很大的區(qū)別，javascript在不同的環(huán)境下，比如node，瀏覽器，Ringo等等，執(zhí)行方式是不同的。而運行大多指javascript解析引擎，是統(tǒng)一的。
(4)setImmediate微任務(wù)和宏任務(wù)還有很多種類，比如setImmediate等等，執(zhí)行都是有共同點的，有興趣的同學(xué)可以自行了解。

(5)最后的最后