JavaScript的执行机制（同步任务、异步任务、微任务、宏任务）

发表于 2年以前 | 总阅读数：508 次

概念理解

关于JS

JS是一门单线程语言，在最新的HTML5中提出了Web-Worker，但JS是单线程这一核心仍未改变。所以一切JS版的"多线程"都是用单线程模拟出来的。

多线程/单线程的简单理解

多线程: 程序可以同一时间做几件事。
单线程: 程序同一时间只能做一件事。

JS为什么是单线程的？

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？这样能提高效率啊。

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。

JS为什么需要异步?

如果JS中不存在异步，只能自上而下执行，如果上一行解析时间很长，那么下面的代码就会被阻塞。对于用户而言，阻塞就意味着"卡死"，这样就导致了很差的用户体验。

JS单线程又是如何实现异步的呢？

既然JS是单线程的，只能在一条线程上执行，又是如何实现的异步呢？是通过的事件循环(event loop)，理解了event loop机制，就理解了JS的执行机制。理解事件循环机制前，我们先来看看任务队列。

任务队列

"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。读取到一个异步任务，首先是将异步任务放进事件表格（Event table）中，当放进事件表格中的异步任务完成某种事情或者说达成某些条件（如setTimeout事件到了，鼠标点击了，数据文件获取到了）之后，才将这些异步任务推入事件队列（Event Queue)中，这时候的异步任务才是执行栈中空闲的时候才能读取到的异步任务。

JS的执行机制-->事件循环（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）。Event Loop是JS的执行机制。

setTimeout(fn,0)

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。

HTML5标准规定了setTimeout()的第二个参数的最小值（最短间隔），不得低于4毫秒，如果低于这个值，就会自动增加。在此之前，老版本的浏览器都将最短间隔设为10毫秒。

另外，对于那些DOM的变动（尤其是涉及页面重新渲染的部分），通常不会立即执行，而是每16毫秒执行一次。这时使用requestAnimationFrame()的效果要好于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。

JS的同步和异步

单线程的不足

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，简单理解就是排好队一个一个来。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。

同步和异步解决单线程的不足

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；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。

通过一个小例子来理解：

下课后甲、乙、丙、小明、丁5个人一起到食堂排队打饭，排好队一个一个来。小明发现就他忘记带饭卡了，为了不影响后边的同学打饭，于是小明离开了队伍，在一旁等同学把他的饭卡带来，他再打饭。这里的排队相当于js的执行栈，排队打饭这件事就是同步。小明等同学送饭卡来这件事就是异步。通过饭卡划分了同步和异步。小明只有满足了有饭卡这个条件，通知阿姨他有饭卡了。食堂阿姨优先给甲乙丙丁打饭，最后再给小明打饭。

其实同步和异步，无论如何，做事情的时候都是只有一条流水线（单线程 [js就是单线程的,不会变]），同步和异步的差别就在于这条流水线上各个流程的执行顺序不同，先执行同步任务，最后再来执行异步任务。

异步任务又分为宏任务和微任务

宏任务（macro task）

定时器；
事件绑定；
ajax；
回调函数；
Node中fs可以进行异步的I/O操作；

微任务（micro task）

Promise(async/await) => Promise并不是完全的同步，在promise中是同步任务，执行resolve或者reject回调的时候，此时是异步操作，会先将then/catch等放到微任务队列。当主栈完成后，才会再去调用resolve/reject方法执行；
Process.nextTick （node中实现的api，把当前任务放到主栈最后执行，当主栈执行完，先执行nextTick，再到等待队列中找）；
MutationObserver （创建并返回一个新的 MutationObserver 它会在指定的DOM发生变化时被调用）；

执行顺序优先级：SYNC => MICRO => MACRO。

所有JS中的异步编程仅仅是根据某些机制来管控任务的执行顺序，不存在同时执行两个任务这一说法。

console.log("同步任务1");

function asyn(mac) {
    console.log("同步任务2");
    if (mac) {
        console.log(mac);

    }
    return new Promise((resolve, reject) => {
        console.log("Promise中的同步任务");
        resolve("Promise中回调的异步微任务")
    })
}
setTimeout(() => {
    console.log("异步任务中的宏任务");
    setTimeout(() => {
        console.log("定时器中的定时器（宏任务）");

    }, 0)
    asyn("定时器传递任务").then(res => {
        console.log('定时器中的:', res);
    })
}, 0)
asyn().then(res => {
    console.log(res);
})
console.log("同步任务3")

输出结果依次为：

// 同步任务1
// 同步任务2
// Promise中的同步任务
// 同步任务3
// Promise中回调的异步微任务
// 异步任务中的宏任务
// 同步任务2
// 定时器传递任务
// Promise中的同步任务
// 定时器中的: Promise中回调的异步微任务
// 定时器中的定时器（宏任务）

先输出“同步任务1”，往下遇到setTimeout异步宏任务，先放到宏任务队列中挂起，往下遇到同步任务asyn()，执行asyn函数，输出函数中的“同步任务2”，返回Promise，输出“Promise中的同步任务”，遇到resolve()回调函数，.then函数块属于异步微任务，先放到微任务队列中挂起，往下执行，输出“同步任务3”，至此，同步任务执行结束，执行栈为空。

先执行微任务队列.then函数块，输出“Promise中回调的异步微任务”，此时微任务队列为空。

然后看下定时器模块时间是否到了，到了就执行宏任务队列，先输出“异步任务中的宏任务”，遇到里层定时器，先放到宏任务队列，往下执行，调用函数asyn,执行里面的同步任务，输出“同步任务2”，在输出“定时器传递的任务”，返回Promise，执行promise中的同步代码，输出“Promise中的同步任务”，遇到.then，先放到微任务队列。此时，执行栈又为空。

先执行微任务队列，输出 “定时器中的：Promise中回调的异步微任务”，此时微任务队列为空。执行宏任务，输出“定时器中的定时器（宏任务）”。程序执行完毕。