JS引擎:它们是如何工作的?从调用堆栈到Promise，需要知道的所有内容

摘要：最受欢迎的引擎是，由和使用，用于，以及使用的。引擎它们是如何工作的全局执行上下文和调用堆栈刚刚了解了引擎如何读取变量和函数声明，它们最终被放入了全局内存堆中。事件循环只有一个任务它检查调用堆栈是否为空。

为了保证可读性，本文采用意译而非直译。

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有没有想过浏览器如何读取和运行JS代码？ 这看起来很神奇，我们可以通过浏览器提供的控制台来了解背后的一些原理。

在Chrome中打开浏览器控制台，然后查看Sources这栏，在右侧可以到一个 Call Stack 盒子。

JS 引擎是一个可以编译和解释我们的JS代码强大的组件。 最受欢迎的JS 引擎是V8，由 Google Chrome 和 Node.j s使用，SpiderMonkey 用于Firefox，以及Safari/WebKit使用的 JavaScriptCore。

虽然现在 JS 引擎不是帮我们处理全面的工作。但是每个引擎中都有一些较小的组件为我们做繁琐的的工作。

其中一个组件是调用堆栈(Call Stack)，与全局内存和执行上下文一起运行我们的代码。

JavaScript 是编译语言同时也是解释语言。信不信由你，JS 引擎在执行代码之前只需要几微秒就能编译代码。

这听起来很神奇，对吧?这种神奇的功能称为JIT(及时编译)。这个是一个很大的话题，一本书都不足以描述JIT是如何工作的。但现在，我们午饭可以跳过编译背后的理论，将重点放在执行阶段，尽管如此，这仍然很有趣。

考虑以下代码：

var num = 2;
function pow(num) {
    return num * num;
}

如果问你如何在浏览器中处理上述代码？ 你会说些什么？ 你可能会说“浏览器读取代码”或“浏览器执行代码”。

现实比这更微妙。首先，读取这段代码的不是浏览器，是JS引擎。JS引擎读取代码，一旦遇到第一行，就会将几个引用放入全局内存。

全局内存(也称为堆)JS引擎保存变量和函数声明的地方。因此，回到上面示例，当 JS引擎读取上面的代码时，全局内存中放入了两个绑定。

即使示例只有变量和函数，也要考虑你的JS代码在更大的环境中运行：在浏览器中或在Node.js中。 在这些环境中，有许多预定义的函数和变量，称为全局变量。 全球记忆将比num和pow更多。

上例中，没有执行任何操作，但是如果我们像这样运行函数会怎么样呢：

var num = 2;
function pow(num) {
    return num * num;
}
pow(num);

现在事情变得有趣了。当函数被调用时，JavaScript引擎会为全局执行上下文和调用栈腾出空间。

刚刚了解了 JS引擎如何读取变量和函数声明，它们最终被放入了全局内存(堆)中。

但现在我们执行了一个JS函数，JS引擎必须处理它。怎么做？每个JS引擎中都有一个基本组件，叫调用堆栈。

调用堆栈是一个堆栈数据结构：这意味着元素可以从顶部进入，但如果它们上面有一些元素，它们就不能离开，JS 函数就是这样的。

一旦执行，如果其他函数仍然被阻塞，它们就不能离开调用堆栈。请注意，这个有助于你理解“JavaScript是单线程的”这句话。

回到我们的例子，当函数被调用时，JS引擎将该函数推入调用堆栈

同时，JS 引擎还分配了一个全局执行上下文，这是运行JS代码的全局环境，如下所示

想象全局执行上下文是一个海洋，其中全局函数像鱼一样游动，多美好！ 但现实远非那么简单， 如果我函数有一些嵌套变量或一个或多个内部函数怎么办？

即使是像下面这样的简单变化，JS引擎也会创建一个本地执行上下文:

var num = 2;
function pow(num) {
    var fixed = 89;
    return num * num;
}
pow(num);

注意，我在pow函数中添加了一个名为fixed的变量。在这种情况下，pow函数中会创建一个本地执行上下文，fixed 变量被放入pow函数中的本地执行上下文中。

对于嵌套函数的每个嵌套函数，引擎都会创建更多的本地执行上下文。

JavaScript是单线程的，因为只有一个调用堆栈处理我们的函数。也就是说，如果有其他函数等待执行，函数就不能离开调用堆栈。

在处理同步代码时，这不是问题。例如，两个数字之间的和是同步的，以微秒为单位。但如果涉及异步的时候，怎么办呢?

幸运的是，默认情况下JS引擎是异步的。即使它一次执行一个函数，也有一种方法可以让外部（如：浏览器）执行速度较慢的函数，稍后探讨这个主题。

当浏览器加载某些JS代码时，JS引擎会逐行读取并执行以下步骤：

将变量和函数的声明放入全局内存(堆)中

将函数的调用放入调用堆栈

创建全局执行上下文，在其中执行全局函数

创建多个本地执行上下文(如果有内部变量或嵌套函数)

到目前为止，对JS引擎的同步机制有了基本的了解。 在接下来的部分中，讲讲 JS 异步工作原理。

全局内存(堆)，执行上下文和调用堆栈解释了同步 JS 代码在浏览器中的运行方式。 然而，我们遗漏了一些东西，当有一些异步函数运行时会发生什么？

请记住，调用堆栈一次可以执行一个函数，甚至一个阻塞函数也可以直接冻结浏览器。 幸运的是JavaScript引擎是聪明的，并且在浏览器的帮助下可以解决问题。

当我们运行一个异步函数时，浏览器接受该函数并运行它。考虑如下代码：

setTimeout(callback, 10000);
function callback(){
    console.log("hello timer!");
}

setTimeout 大家都知道得用得很多次了，但你可能不知道它不是内置的JS函数。 也就是说，当JS 出现，语言中没有内置的setTimeout。

setTimeout浏览器API( Browser API)的一部分，它是浏览器免费提供给我们的一组方便的工具。这在实战中意味着什么?由于setTimeout是一个浏览器的一个Api，函数由浏览器直接运行(它会在调用堆栈中出现一会儿，但会立即删除)。

10秒后，浏览器接受我们传入的回调函数并将其移动到回调队列(Callback Queu)中。。考虑以下代码

var num = 2;
function pow(num) {
    return num * num;
}
pow(num);
setTimeout(callback, 10000);
function callback(){
    console.log("hello timer!");
}

示意图如下：

如你所见，setTimeout在浏览器上下文中运行。 10秒后，计时器被触发，回调函数准备运行。 但首先它必须通过回调队列(Callback Queue)。 回调队列是一个队列数据结构，回调队列是一个有序的函数队列。

每个异步函数在被放入调用堆栈之前必须通过回调队列，但这个工作是谁做的呢，那就是事件循环(Event Loop)。

事件循环只有一个任务:它检查调用堆栈是否为空。如果回调队列中(Callback Queue)有某个函数，并且调用堆栈是空闲的，那么就将其放入调用堆栈中。

完成后，执行该函数。 以下是用于处理异步和同步代码的JS引擎的图：

想象一下，callback() 已准备好执行，当 pow() 完成时，调用堆栈(Call Stack) 为空，事件循环(Event Look) 将 callback() 放入调用堆中。大概就是这样，如果你理解了上面的插图，那么你就可以理解所有的JavaScript了。

JS 中回调函数无处不在，它们用于同步和异步代码。 考虑如下map方法：

function mapper(element){
    return element * 2;
}
[1, 2, 3, 4, 5].map(mapper);

mapper是一个在map内部传递的回调函数。上面的代码是同步的，考虑异步的情况：

function runMeEvery(){
    console.log("Ran!");
}
setInterval(runMeEvery, 5000);

该代码是异步的，我们在setInterval中传递回调runMeEvery。回调在JS中无处不在，因此就会出现了一个问题:回调地狱。

JavaScript 中的回调地狱指的是一种编程风格，其中回调嵌套在回调函数中，而回调函数又嵌套在其他回调函数中。由于 JS 异步特性，js 程序员多年来陷入了这个陷阱。

说实话，我从来没有遇到过极端的回调金字塔，这可能是因为我重视可读代码，而且我总是坚持这个原则。如果你在遇到了回调地狱的问题，说明你的函数做得太多。

这里不会讨论回调地狱，如果你好奇，有一个网站，callbackhell.com，它更详细地探索了这个问题，并提供了一些解决方案。

我们现在要关注的是ES6的 Promises。ES6 Promises是JS语言的一个补充，旨在解决可怕的回调地狱。但什么是 Promises 呢?

JS的 Promise是未来事件的表示。 Promise 可以以成功结束：用行话说我们已经解决了resolved(fulfilled)。 但如果 Promise 出错，我们会说它处于拒绝(rejected )状态。 Promise 也有一个默认状态：每个新的 Promise 都以挂起(pending)状态开始。

要创建一个新的 Promise，可以通过传递回调函数来调用 Promise 构造函数。回调函数可以接受两个参数:resolve和reject。如下所示：

const myPromise = new Promise(function(resolve){
    setTimeout(function(){
        resolve()
    }, 5000)
});

如下所示，resolve是一个函数，调用它是为了使Promise 成功，别外也可以使用 reject 来表示调用失败。

const myPromise = new Promise(function(resolve, reject){
    setTimeout(function(){
        reject()
    }, 5000)
});

注意，在第一个示例中可以省略reject，因为它是第二个参数。但是，如果打算使用reject，则不能忽略resolve，如下所示，最终将得到一个resolved 的承诺，而非 reject。

// 不能忽略 resolve !
const myPromise = new Promise(function(reject){
    setTimeout(function(){
        reject()
    }, 5000)
});

现在，Promises看起来并不那么有用，我们可以向它添加一些数据，如下所示：

const myPromise = new Promise(function(resolve) {
  resolve([{ name: "Chris" }]);
});

但我们仍然看不到任何数据。 要从Promise中提取数据，需要链接一个名为then的方法。 它需要一个回调来接收实际数据：

const myPromise = new Promise(function(resolve, reject) {
  resolve([{ name: "Chris" }]);
});
myPromise.then(function(data) {
    console.log(data);
});

对于同步代码而言，JS 错误处理大都很简单，如下所示：

function makeAnError() {
  throw Error("Sorry mate!");
}
try {
  makeAnError();
} catch (error) {
  console.log("Catching the error! " + error);
}

将会输出：

Catching the error! Error: Sorry mate!

现在尝试使用异步函数：

function makeAnError() {
  throw Error("Sorry mate!");
}
try {
  setTimeout(makeAnError, 5000);
} catch (error) {
  console.log("Catching the error! " + error);

由于setTimeout，上面的代码是异步的，看看运行会发生什么：

  throw Error("Sorry mate!");
  ^
Error: Sorry mate!
    at Timeout.makeAnError [as _onTimeout] (/home/valentino/Code/piccolo-javascript/async.js:2:9)

这次的输出是不同的。错误没有通过catch块，它可以自由地在堆栈中向上传播。

那是因为try/catch仅适用于同步代码。 如果你很好奇，Node.js中的错误处理会详细解释这个问题。

幸运的是，Promise 有一种处理异步错误的方法，就像它们是同步的一样：

const myPromise = new Promise(function(resolve, reject) {
  reject("Errored, sorry!");
});

在上面的例子中，我们可以使用catch处理程序处理错误：

const myPromise = new Promise(function(resolve, reject) {
  reject("Errored, sorry!");
});
myPromise.catch(err => console.log(err));

我们也可以调用Promise.reject()来创建和拒绝一个Promise

Promise.reject({msg: "Rejected!"}).catch(err => console.log(err));

Promise API 提供了许多将Promise组合在一起的方法。 其中最有用的是Promise.all，它接受一个Promises数组并返回一个Promise。 如果参数中 promise 有一个失败（rejected），此实例回调失败（reject），失败原因的是第一个失败 promise 的结果。

Promise.race(iterable) 方法返回一个 promise，一旦迭代器中的某个promise解决或拒绝，返回的 promise就会解决或拒绝。

较新版本的V8也将实现两个新的组合：Promise.allSettled和Promise.any。 Promise.any仍然处于提案的早期阶段：在撰写本文时，仍然没有浏览器支持它。

Promise.any可以表明任何Promise是否fullfilled。 与 Promise.race的区别在于Promise.any不会拒绝即使其中一个Promise被拒绝。

无论如何，两者中最有趣的是 Promise.allSettled，它也是 Promise 数组，但如果其中一个Promise拒绝，它不会短路。 当你想要检查Promise数组是否全部已解决时，它是有用的，无论最终是否拒绝，可以把它想象成Promise.all 的反对者。

ECMAScript 2017 (ES8)的出现，推出了新的语法诞生了async/await。

async/await只是Promise 语法糖。它只是一种基于Promises编写异步代码的新方法， async/await 不会以任何方式改变JS，请记住，JS必须向后兼容旧浏览器，不应破坏现有代码。

来个例子：

const myPromise = new Promise(function(resolve, reject) {
  resolve([{ name: "Chris" }]);
});
myPromise.then((data) => console.log(data))

使用async/await, 我们可以将Promise包装在标记为async的函数中，然后等待结果的返回：

const myPromise = new Promise(function(resolve, reject) {
  resolve([{ name: "Chris" }]);
});
async function getData() {
  const data = await myPromise;
  console.log(data);
}
getData();

有趣的是，async 函数也会返回Promise，你也可以这样做：

async function getData() {
  const data = await myPromise;
  return data;
}
getData().then(data => console.log(data));

那如何处理错误？ async/await提一个好处就是可以使用try/catch。 再看一下Promise，我们使用catch处理程序来处理错误：

const myPromise = new Promise(function(resolve, reject) {
  reject("Errored, sorry!");
});
myPromise.catch(err => console.log(err));

使用async函数，我们可以重构以上代码：

async function getData() {
  try {
    const data = await myPromise;
    console.log(data);
    // or return the data with return data
  } catch (error) {
    console.log(error);
  }
}
getData();

并不是每个人都喜欢这种风格。try/catch会使代码变得冗长，在使用try/catch时，还有另一个怪异的地方需要指出，如下所示：

async function getData() {
  try {
    if (true) {
      throw Error("Catch me if you can");
    }
  } catch (err) {
    console.log(err.message);
  }
}
getData()
  .then(() => console.log("I will run no matter what!"))
  .catch(() => console.log("Catching err"));

运行结果：

以上两个字符串都会打印。 请记住， try/catch 是一个同步构造，但我们的异步函数产生一个Promise。 他们在两条不同的轨道上行驶，比如两列火车。但他们永远不会见面， 也就是说，throw 抛出的错误永远不会触发getData()的catch方法。

实战中，我们不希望throw触then的处理程序。 一种的解决方案是从函数返回Promise.reject()：

async function getData() {
  try {
    if (true) {
      return Promise.reject("Catch me if you can");
    }
  } catch (err) {
    console.log(err.message);
  }
}

现在按预期处理错误

getData()
  .then(() => console.log("I will NOT run no matter what!"))
  .catch(() => console.log("Catching err"));
"Catching err" // 输出

除此之外，async/await似乎是在JS中构建异步代码的最佳方式。 我们可以更好地控制错误处理，代码看起来也更清晰。

JS 是一种用于Web的脚本语言，具有先编译然后由引擎解释的特性。 在最流行的JS引擎中，有谷歌Chrome和Node.js使用的V8，有Firefox构建的SpiderMonkey，以及Safari使用的JavaScriptCore。

JS引擎包含很有组件:调用堆栈、全局内存(堆)、事件循环、回调队列。所有这些组件一起工作，完美地进行了调优，以处理JS中的同步和异步代码。

JS引擎是单线程的，这意味着运行函数只有一个调用堆栈。这一限制是JS异步本质的基础:所有需要时间的操作都必须由外部实体(例如浏览器)或回调函数负责。

为了简化异步代码流，ECMAScript 2015 给我们带来了Promise。 Promise 是一个异步对象，用于表示任何异步操作的失败或成功。 但改进并没有止步于此。 在2017年，async/ await诞生了：它是Promise的一种风格弥补，使得编写异步代码成为可能，就好像它是同步的一样。

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