这次彻底了解JavaScript执行机制

无论你是 JavaScript 新手还是老手，无论你是在面试工作，还是只是做常规的开发工作，通常会发现给定几行代码，你需要知道要输出什么以及以什么顺序输出 . 由于 JavaScript 是一种单线程语言，我们可以得出以下结论：

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

然而，JavaScript 实际上是这样的：

setTimeout(function(){
    console.log('start')
});
new Promise(function(resolve){
    console.log('start for');
    for(var i = 0; i < 10000; i++){
        i == 99 && resolve();
    }
}).then(function(){
    console.log('start then')
});
console.log('end');
// Following the idea that JS executes in the order in which the statements appear, I confidently write down the output:
// start
// start for
// start then
// end

在 Chrome 上查看它是完全错误的😝

一、 关于 JavaScript

JavaScript 是一种单线程语言。Web-worker 是在最新的 HTML5 中提出的，但 JavaScript 是单线程的核心保持不变。所以所有 JavaScript 版本的“多线程”都是用单线程模拟的，所有的 JavaScript 多线程都是纸老虎！

二、JavaScript 事件循环

由于 JavaScript 是单线程的，它就像一个只有一个窗口的银行。客户需要一一排队办理业务。

同样，JavaScript 任务也需要一个一个地执行。如果一项任务花费的时间太长，则下一项也必须等待。

那么问题来了，如果我们想浏览新闻，但新闻中包含加载缓慢的超高清图像，我们的网页是否应该一直卡住直到图像完全显示？所以聪明的程序员将任务分为两类：

当我们打开一个网站时，页面的渲染过程是很多同步任务，比如渲染页面骨架和页面元素。

需要大量时间的任务，比如加载图片和音乐，都是异步任务。这部分有严格的文字定义，但本文的目的是以最小的学习成本彻底理解实现机制，所以我们用一张图来说明：

文字要表达的内容：

同步和异步任务去不同的执行“地方”，同步任务去主线程，异步任务去事件表和注册函数。

当指定的事件完成时，事件表将此函数移至事件队列。

如果执行后主线程中的任务为空，事件队列会读取相应的函数，进入主线程执行。

这个过程一遍又一遍地重复，称为事件循环。

我们怎么知道主线程栈是空的？JavaScript 引擎有一个监控进程，不断检查主线程堆栈是否为空，如果是，则检查 Event Queue 以查看是否有任何函数等待调用。

说了这么多，不如直接写一段代码：

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

这是一个简单的ajax请求代码：

• ajax 去事件表并注册回调函数成功。
• 执行 console.log(‘success’)。
• ajax Event 完成，回调函数success 进入Event Queue。
• 主线程从事件队列中读取成功并执行。

相信通过上面的文字和代码，你对JS的执行顺序有了初步的了解。接下来，我们来看看进阶话题：setTimeout。

三、 爱恨交加超时

著名的 setTimeout 无需进一步解释。setTimeout 的第一印象是异步执行可以延迟，我们经常这样实现：

setTimeout(() => {
 console.log(‘Delay 3 seconds’);
},3000)

当 setTimeout 用得越来越多时，问题也出现了。有时函数会在 3 秒的书面延迟后 5 或 6 秒内执行。怎么了？

让我们从一个例子开始：

setTimeout(() => {
    task();
},3000)
console.log('console');

按照我们之前的结论，setTimeout是异步的，应该先执行console.log。

//console
//task()

去看看吧！这是正确的！然后我们修改之前的代码：

setTimeout(() => {
    task()
},3000)
sleep(10000000)

控制台上的 task() 在 Chrome 中执行需要超过 3 秒的时间。

此时，我们需要重新思考setTimeout的定义。

先说上面的代码是如何执行的：

• task() 进入事件表并注册，定时器启动。
• 执行sleep，非常慢，非常慢，计时继续。
• task()进入Event Queue，但是，sleep太慢无法执行。
• sleep终于结束了，task()终于从Event Queue执行到主线程。

上述过程完成后，我们知道setTimeout是一个在指定时间后将任务添加到Event Queue（本例中为task()）的函数。

而且，由于是单线程任务，需要一个一个执行，如果上一个任务耗时过长，我们只能等待。导致实际延迟超过 3 秒。

SetTimeout(fn,0) 是我们经常遇到的另一个代码。可以立即完成吗？

SetTimeout (fn,0) 指定任务将在主线程上最早可用的空闲时间执行。这意味着一旦堆栈中的所有同步任务完成并且堆栈为空，主线程将立即执行。例如：

//code1
console.log('one');
setTimeout(() => {
    console.log('two')
},0);
// result
// one  
// two
//code2
console.log('one');
setTimeout(() => {
    console.log('two')
},3000);
// result
// one
// ... 3s later
// two

关于 setTimeout 要补充的一点是，即使主线程是空的，0 毫秒实际上也是无法到达的。根据 HTML 标准，最小值为 4 毫秒。有兴趣的同学可以自行了解。

四、 恨与爱setInterval

说了 setTimeout，你不能错过它的孪生兄弟 setInterval。它们是相似的，只是后者是循环执行。对于执行顺序，setInterval 将按指定的时间间隔将注册的函数放入事件队列中。如果上一个任务耗时过长，也需要等待。

唯一需要注意的是，对于 setInterval(fn,ms)，我们已经知道不是每 ms 秒执行一次 fn，而是每 ms 秒进入 Event Queue。一旦 setInterval 的回调 fn 花费的时间超过了延迟 ms，时间间隔就完全不可见了。请读者细细品味这句话。

五、 Promise 和 process.nextTick(callback)

我们已经看过传统的计时器，然后，我们将探讨 Promise 与 process.Nexttick（回调）的性能。

Promise 的定义和功能这里就不介绍了，process.nexttick（回调）类似于node.js 版本的“setTimeout”，在事件循环的下一次迭代中调用回调函数。

我们开始谈正事吧。除了广义的同步和异步任务，我们对任务有更详细的定义：

• 宏任务：包括整个代码脚本、setTimeout 和 setInterval
•  微任务：Promise、process.nexttick

不同类型的任务会进入对应的Event Queue。例如，setTimeout 和 setInterval 将进入同一个事件队列。

事件循环的顺序决定了 JS 代码的执行顺序。输入整体代码（宏任务）后，第一个循环开始。然后，执行所有微任务。然后再从宏任务开始，找一个任务队列完成，然后，执行所有的微任务。如果听起来有点绕，我们用本文开头的代码来说明：

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

• 此代码作为宏任务进入主线程。
• 当遇到 setTimeout 时，将其回调函数注册并分发到宏任务 Event Queue。（注册过程同上，下面不再赘述）。
• 然后，遇到一个 Promise，立即执行 New Promise，然后将 then 函数分派到微任务事件队列中。如果遇到console.log()，立即执行。
• 好的，整个脚本作为第一个宏任务执行。什么是微任务？我们发现 then 是在 microtask Event Queue 中执行的。
• 好了，第一轮的 Event loop 已经结束了，让我们开始第二轮，当然是从宏任务 Event Queue 开始。我们在宏任务Event Queue中找到setTimeout对应的回调函数，立即执行。

事件循环、宏任务和微任务的关系如下图所示：

让我们看一些更复杂的代码，看看你是否真的了解 JS 的工作原理：

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')
    })
})

第一轮事件循环流程分析如下：

整个脚本作为第一个宏任务进入主线程，遇到console.log，打印1。

• 当遇到 setTimeout 时，它的回调函数被调度到宏任务事件队列。我们称之为 setTimeout1。
• 当遇到 process.nexttick() 时，将其回调函数调度到微任务事件队列中。我们称它为 process1。
• 如果遇到 Promise，直接执行新的 Promise，打印 7，然后，分发到微任务 Event Queue，让我们称之为then1。
• 再次遇到setTimeout，它的回调函数被分发到宏任务Event Queue中，我们称之为setTimeout2。

• 上表展示了第一轮Event loop的宏任务结束时各个Event Queue的情况。这时候已经输出了1和7。
• 我们找到了两个微任务 process1 和 then1。
• 执行process1，输出6。
• 执行 then1 print 8。

好了，第一轮事件循环正式结束，本轮结果输出1,7,6,8。所以第二个时间循环从 setTimeout1 宏任务开始：

首先，print2。接下来是process.nexttick()，它也被分派到微任务事件队列中，称为process2。新的 Promise 立即执行输出 4，然后也被分发到微任务事件队列中，记为 then2。

• 第二轮事件循环宏任务完成，我们发现 process2 和 then2 微任务可以执行。
•  3的输出。
• 5的输出。
• 第二个事件循环结束，第二轮输出2,4,3,5。
• 第三个事件循环开始，此时只剩下setTimeout2，执行。
• 所以它只print 9。
• 将 process.nexttick() 分发到微任务事件队列。记得process 3。
• 只需执行 new Promise，print 11。
• then 分配 microtask Event Queue，记为 then3。

• 第三轮事件循环宏任务执行完成，执行两个微任务process3和then3。
• 10 的输出。
• 12的输出。
• 第三轮事件循环结束。第三轮输出9,11,10,12。

整个代码，一共经过了3次事件循环，完整的输出为1,7,6,8,2,4,3,5,9,11,10,12。

六、写在最后

1、异步 JavaScript

我们从一开始就说过 JavaScript 是单线程语言，无论什么新的框架和语法实现被称为异步，实际上都是以同步的方式模拟的，所以牢牢掌握单线程很重要。

2、事件循环

事件循环是实现异步 JavaScript 的一种方法，也是 JavaScript 的执行机制。

3、JavaScript的执行和运行

在 Node.js、浏览器、Ringo 等不同的环境中执行和运行 JavaScript 是有很大区别的。虽然运行多指 JavaScript 解析引擎，但它是统一的。

4、立即设置

还有许多其他类型的微任务和宏任务，例如 setImmediate，它们不进行中介。

5、在一天结束时

JavaScript 是一种单线程语言。事件循环是 JavaScript 的执行机制。

牢牢把握两个基本点，以认真学习JavaScript为中心，早日实现成为前端高手的伟大梦想！😆