一、為什么JavaScript是單線程？

JavaScript語言的一大特點就是單線程，也就是說，同一個時間只能做一件事。那么，為什么JavaScript不能有多個線程呢？這樣能提高效率啊。

JavaScript的單線程，與它的用途有關。作為瀏覽器腳本語言，JavaScript的主要用途是與用戶互動，以及操作DOM。這決定了它只能是單線程，否則會帶來很復雜的同步問題。比如，假定JavaScript同時有兩個線程，一個線程在某個DOM節點上添加內容，另一個線程刪除了這個節點，這時瀏覽器應該以哪個線程為準？

所以，為了避免復雜性，從一誕生，JavaScript就是單線程，這已經成了這門語言的核心特征，將來也不會改變。

為了利用多核CPU的計算能力，HTML5提出Web Worker標準，允許JavaScript腳本創建多個線程，但是子線程完全受主線程控制，且不得操作DOM。所以，這個新標準并沒有改變JavaScript單線程的本質。

二、任務隊列

單線程就意味著，所有任務需要排隊，前一個任務結束，才會執行后一個任務。如果前一個任務耗時很長，后一個任務就不得不一直等著。

如果排隊是因為計算量大，CPU忙不過來，倒也算了，但是很多時候CPU是閑著的，因為IO設備(輸入輸出設備)很慢(比如Ajax操作從網絡讀取數據)，不得不等著結果出來，再往下執行。

JavaScript語言的設計者意識到，這時主線程完全可以不管IO設備，掛起處于等待中的任務，先運行排在后面的任務。等到IO設備返回了結果，再回過頭，把掛起的任務繼續執行下去。

于是，所有任務可以分成兩種，一種是同步任務(synchronous)，另一種是異步任務(asynchronous)。同步任務指的是，在主線程上排隊執行的任務，只有前一個任務執行完畢，才能執行后一個任務；異步任務指的是，不進入主線程、而進入"任務隊列"(task queue)的任務，只有"任務隊列"通知主線程，某個異步任務可以執行了，該任務才會進入主線程執行。

具體來說，異步執行的運行機制如下。(同步執行也是如此，因為它可以被視為沒有異步任務的異步執行。)

• (1)所有同步任務都在主線程上執行，形成一個執行棧(execution context stack)。
• (2)主線程之外，還存在一個"任務隊列"(task queue)。只要異步任務有了運行結果，就在"任務隊列"之中放置一個事件。
• (3)一旦"執行棧"中的所有同步任務執行完畢，系統就會讀取"任務隊列"，看看里面有哪些事件。那些對應的異步任務，于是結束等待狀態，進入執行棧，開始執行。
• (4)主線程不斷重復上面的第三步。

只要主線程空了，就會去讀取"任務隊列"，這就是JavaScript的運行機制。這個過程會不斷重復。

三、事件和回調函數

"任務隊列"是一個事件的隊列(也可以理解成消息的隊列)，IO設備完成一項任務，就在"任務隊列"中添加一個事件，表示相關的異步任務可以進入"執行棧"了。主線程讀取"任務隊列"，就是讀取里面有哪些事件。

"任務隊列"中的事件，除了IO設備的事件以外，還包括一些用戶產生的事件(比如鼠標點擊、頁面滾動等等)。只要指定過回調函數，這些事件發生時就會進入"任務隊列"，等待主線程讀取。

所謂"回調函數"(callback)，就是那些會被主線程掛起來的代碼。異步任務必須指定回調函數，當主線程開始執行異步任務，就是執行對應的回調函數。

"任務隊列"是一個先進先出的數據結構，排在前面的事件，優先被主線程讀取。主線程的讀取過程基本上是自動的，只要執行棧一清空，"任務隊列"上第一位的事件就自動進入主線程。但是，由于存在后文提到的"定時器"功能，主線程首先要檢查一下執行時間，某些事件只有到了規定的時間，才能返回主線程。

四、Event Loop

主線程從"任務隊列"中讀取事件，這個過程是循環不斷的，所以整個的這種運行機制又稱為Event Loop(事件循環)。

五、定時器

除了放置異步任務的事件，"任務隊列"還可以放置定時事件，即指定某些代碼在多少時間之后執行。這叫做"定時器"(timer)功能，也就是定時執行的代碼。

定時器功能主要由setTimeout()和setInterval()這兩個函數來完成，它們的內部運行機制完全一樣，區別在于前者指定的代碼是一次性執行，后者則為反復執行。以下主要討論setTimeout()。

setTimeout()接受兩個參數，第一個是回調函數，第二個是推遲執行的毫秒數。

如果將setTimeout()的第二個參數設為0，就表示當前代碼執行完(執行棧清空)以后，立即執行(0毫秒間隔)指定的回調函數。

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

console.log(2);

上面代碼的執行結果總是2，1，因為只有在執行完第二行以后，系統才會去執行"任務隊列"中的回調函數。

總之，setTimeout(fn,0)的含義是，指定某個任務在主線程最早可得的空閑時間執行，也就是說，盡可能早得執行。它在"任務隊列"的尾部添加一個事件，因此要等到同步任務和"任務隊列"現有的事件都處理完，才會得到執行。

HTML5標準規定了setTimeout()的第二個參數的最小值(最短間隔)，不得低于4毫秒，如果低于這個值，就會自動增加。在此之前，老版本的瀏覽器都將最短間隔設為10毫秒。另外，對于那些DOM的變動(尤其是涉及頁面重新渲染的部分)，通常不會立即執行，而是每16毫秒執行一次。這時使用requestAnimationFrame()的效果要好于setTimeout()。

需要注意的是，setTimeout()只是將事件插入了"任務隊列"，必須等到當前代碼(執行棧)執行完，主線程才會去執行它指定的回調函數。要是當前代碼耗時很長，有可能要等很久，所以并沒有辦法保證，回調函數一定會在setTimeout()指定的時間執行。

六、Node.js的Event Loop

Node.js也是單線程的Event Loop，但是它的運行機制不同于瀏覽器環境。

除了setTimeout和setInterval這兩個方法，Node.js還提供了另外兩個與"任務隊列"有關的方法：process.nextTick和setImmediate。它們可以幫助我們加深對"任務隊列"的理解。

process.nextTick方法可以在當前"執行棧"的尾部----下一次Event Loop(主線程讀取"任務隊列")之前----觸發回調函數。也就是說，它指定的任務總是發生在所有異步任務之前。setImmediate方法則是在當前"任務隊列"的尾部添加事件，也就是說，它指定的任務總是在下一次Event Loop時執行，這與setTimeout(fn, 0)很像。請看下面的例子

process.nextTick(function A() { console.log(1); process.nextTick(function B(){console.log(2);});});setTimeout(function timeout() { console.log('TIMEOUT FIRED');}, 0)// 1// 2// TIMEOUT FIRED

上面代碼中，由于process.nextTick方法指定的回調函數，總是在當前"執行棧"的尾部觸發，所以不僅函數A比setTimeout指定的回調函數timeout先執行，而且函數B也比timeout先執行。這說明，如果有多個process.nextTick語句(不管它們是否嵌套)，將全部在當前"執行棧"執行

現在，再看setImmediate。

setImmediate(function A() { console.log(1); setImmediate(function B(){console.log(2);});});setTimeout(function timeout() { console.log('TIMEOUT FIRED');}, 0);

上面代碼中，setImmediate與setTimeout(fn,0)各自添加了一個回調函數A和timeout，都是在下一次Event Loop觸發。那么，哪個回調函數先執行呢？答案是不確定。運行結果可能是1--TIMEOUT FIRED--2，也可能是TIMEOUT FIRED--1--2。

令人困惑的是，Node.js文檔中稱，setImmediate指定的回調函數，總是排在setTimeout前面。實際上，這種情況只發生在遞歸調用的時候。

setImmediate(function (){ setImmediate(function A() { console.log(1); setImmediate(function B(){console.log(2);}); }); setTimeout(function timeout() { console.log('TIMEOUT FIRED'); }, 0);});// 1// TIMEOUT FIRED// 2

上面代碼中，setImmediate和setTimeout被封裝在一個setImmediate里面，它的運行結果總是1--TIMEOUT FIRED--2，這時函數A一定在timeout前面觸發。至于2排在TIMEOUT FIRED的后面(即函數B在timeout后面觸發)，是因為setImmediate總是將事件注冊到下一輪Event Loop，所以函數A和timeout是在同一輪Loop執行，而函數B在下一輪Loop執行。

我們由此得到了process.nextTick和setImmediate的一個重要區別：多個process.nextTick語句總是在當前"執行棧"一次執行完，多個setImmediate可能則需要多次loop才能執行完。事實上，這正是Node.js 10.0版添加setImmediate方法的原因，否則像下面這樣的遞歸調用process.nextTick，將會沒完沒了，主線程根本不會去讀取"事件隊列"！

process.nextTick(function foo() { process.nextTick(foo);});

事實上，現在要是你寫出遞歸的process.nextTick，Node.js會拋出一個警告，要求你改成setImmediate。

另外，由于process.nextTick指定的回調函數是在本次"事件循環"觸發，而setImmediate指定的是在下次"事件循環"觸發，所以很顯然，前者總是比后者發生得早，而且執行效率也高(因為不用檢查"任務隊列")。

來源：http://www.ruanyifeng.com/blog/2014/10/event-loop.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的运行指定代码_JavaScript 运行机制(Event Loop)详解的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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