异步的发展
事件模型
1. 堆/栈/队列
在 javascript 中,存在调用栈 (call stack)和内存堆(memory heap) ,程序中函数依次进入栈中等待执行,若执行时遇到异步方法,该异步方法会被添加到用于回调的任务队列(task queue)中,【即 JavaScript 执行引擎的单线程拥有一个调用栈、内存堆和一个任务队列】
调用栈 (call stack):CallStack 是用来处理函数调用与返回的。特点是先进后出,每次调用一个函数,Javascript 运行时会生成一个新的调用结构压入 CallStack。而函数调用结束返回时,JavaScript 运行时会将栈顶的调用结构弹出。由于栈的 LIFO 特性,每次弹出的必然是最新调用的那个函数的结构。函数调用会形成了一个堆栈帧,存放基本数据类型的变量 内存堆(memory head):引用数据类型被存放在堆中,在我们进行浅复制时,我们改变的只是引用数据类型在栈内存中的引用地址,实际上它在堆内存中的引用地址仍然没有发生变化
任务队列(task queue):javaScript 运行时包含了一个待处理的任务队列。
1. 为什么 JavaScript 是单线程
- 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。
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?所以,为了避免复杂性,从一诞生,JavaScript 就是单线程,这已经成了这门语言的核心特征,将来也不会改变。
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. 任务队列
2.1 同步任务(synchronous)
同步任务指的是,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;
2.2 异步任务(asynchronous)
异步任务指的是,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。
- 异步执行的运行机制如下
- 所有同步任务都在主线程上执行,形成一个执行栈(execution context stack)。
- 主线程之外,还存在一个"任务队列"(task queue)。只要异步任务有了运行结果,就在"任务队列"之中放置一个事件。
- 一旦"执行栈"中的所有同步任务执行完毕,系统就会读取"任务队列",看看里面有哪些事件。那些对应的异步任务,于是结束等待状态,进入执行栈,开始执行。
- 主线程不断重复上面的第三步。
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。这个过程会不断重复。
2. 宏任务和微任务
异步任务又分宏任务和微任务
2.1 执行顺序
- 先执行微任务后执行宏任务
2.2 宏任务
# | 浏览器 | Node |
---|---|---|
I/O | ✅ | ✅ |
setTimeout | ✅ | ✅ |
setInterval | ✅ | ✅ |
setImmediate | ❌ | ✅ |
requestAnimationFrame | ✅ | ❌ |
2.3 微任务
# | 浏览器 | Node |
---|---|---|
process.nextTick | ❌ | ✅ |
MutationObserver | ✅ | ❌ |
Promise.then catch finally | ✅ | ✅ |
下图就是主线程和任务队列的示意图
3. 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。