JavaScript 运行机制详解(理解同步、异步和事件循环)

摘要：从异步过程的角度看，函数就是异步过程的发起函数，事件监听函数就是异步过程的回调函数。事件触发时，表示异步任务完成，会将事件监听器函数封装成一条消息放到消息队列中，等待主线程执行。

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。
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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。
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JS引擎中负责解释和执行JavaScript代码的线程只有一个。我们叫它主线程。

但是实际上还存在其他的线程。例如：处理AJAX请求的线程、处理DOM事件的线程、定时器线程、读写文件的线程(例如在Node.js中)等等。这些线程可能存在于JS引擎之内，也可能存在于JS引擎之外，在此我们不做区分。不妨叫它们工作线程。

看一段代码

console.log("我要做第一件事情");
console.log("我要做第二件事情");

这段代码的实现就叫做同步,也就是说按照顺序去做,做完第一件事情之后,再去做第二件事情

再看一段代码

console.log("我要做第一件事情");
setTimeout(function () {
  console.log("我突然有事,晚点再做第二件事情");
},1000)
console.log("我要做第三件事情");

这段代码的实现就叫做异步,也就是说不完全按照顺序去做,
突发情况,第二件事情不能立刻完成,所以等待一段时间再去完成,
优先去做后面的第三件事情,这样就不耽搁时间。

为什么需要异步呢

前面提过JavaScript是单线程的,
那么单线程就意味着，所有任务需要排队，前一个任务结束，才会执行后一个任务。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。
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。
所以这就是异步过程的由来。

那么异步又是如何实现的呢？

1.主线程发起一个异步请求，相应的工作线程接收请求并告知主线程已收到(异步函数返回)；
2.主线程可以继续执行后面的代码，同时工作线程执行异步任务；

3.工作线程完成工作后，通知主线程；
4.主线程收到通知后，执行一定的动作(调用回调函数)。

其实我们经常用到的dom事件也是属于一个异步行为

举一个栗子:

var button = document.getElement("#btn");
button.addEventListener("click", function(e) {
    console.log("按钮");
});

从事件的角度来看，上述代码表示：在按钮上添加了一个鼠标单击事件的事件监听器；当用户点击按钮时，鼠标单击事件触发，事件监听器函数被调用。

从异步过程的角度看，addEventListener函数就是异步过程的发起函数，事件监听函数就是异步过程的回调函数。
事件触发时，表示异步任务完成，会将事件监听器函数封装成一条消息放到消息队列中，等待主线程执行。

"任务队列"是一个事件的队列（也可以理解成消息的队列），工作线程完成一项任务，就在"任务队列"中添加一个事件(也可以理解为发送一条消息)，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。

那么这边就要提到JavaScript 的运行机制了

所有同步任务都在主线程上执行，形成一个执行栈

主线程发起异步请求,相应的工作线程就会去执行异步任务,

主线程可以继续执行后面的代码

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,也就是一个消息。

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。

主线程把当前的事件执行完成之后,再去读取任务队列,如此反复重复

执行,这样就行程了事件循环

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。

用一张图来表示整个过程

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）

macrotasks: setTimeout setInterval setImmediate I/O UI渲染

microtasks: Promise process.nextTick Object.observe MutationObserver

一个事件循环(EventLoop)中会有一个正在执行的任务(Task)，而这个任务就是从 macrotask 队列中来的。当这个 macrotask 执行结束后所有可用的 microtask 将会在同一个事件循环中执行，当这些 microtask 执行结束后还能继续添加 microtask 一直到整个 microtask 队列执行结束。

通俗点来理解的话,就是microtask会在当前循环中执行完成,而macrotask会在下一个循环中执行
下面我们来看一段代码,自己思考一下运行结果会是什么?

console.log("1");
setTimeout(function () {
  console.log("2");
  new Promise(function(resolve, reject) {
    console.log("promise-start2");
    resolve();
  }).then(function() {
    console.log("promise-end2");
 });
},0);
new Promise(function(resolve, reject) {
    console.log("promise-start");
    resolve();
}).then(function() {
    console.log("promise-end");
});
setTimeout(function () {
    console.log("3");
},0);
console.log("4");

运行结果

1
promise-start
4
promise-end
2
promise-start2
promise-end2
3

从结果可以看出
主进程这个macroTask（也就是1、promise-start和4）执行完了，自然会去执行promise then这个microTask。这是第一个循环。之后的setTimeout和promise属于第二个循环。

定时器功能主要由setTimeout()和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()。

console.log("1");
setTimeout(function () {
  console.log("2");
},0);
console.log("3");

这段代码的运行结果是1,3,2,表示0毫秒间隔运行指定的回调函数
那么竟然是0秒,为啥3会是在2前面打印呢

总之，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。

以上是我对于JavaScript 运行机制的一些了解,
知道这些知识,对于我们去理解js的运行机智,还有对于同步异步的处理会有很大的帮助,如果您有不同的意见或者文章有错误的地方,可以给我留言,一起讨论,谢谢
参考资料:
JavaScript 运行机制详解：再谈Event Loop