单线程的JavaScript是如何实现异步的

Posted 2020-12-22 沐浴点阳光

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了单线程的JavaScript是如何实现异步的相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

前两天硬着头皮在部门内部做了一次技术分享，主题如题。索性整理成文章留个纪念！

要了解异步实现，首先我们得先了解：

同步 & 异步

同步：会逐行执行代码，会对后续代码造成阻塞，直至代码接收到预期的结果之后，才会继续向下执行任务。

异步：调用之后先不管结果，继续向下执行任务。

网上各种文章对同步和异步的解释也不外如是，但是看文字总是有点晦涩难懂！我就生活化的来比拟一下这两个概念吧！

就好比请人吃饭：

比如你要请两个人吃饭，一个是巴菲特，由于他是举世瞩目股神想请他吃饭的人从这里排到了法国，你为表诚意，你会精心打扮自己，然后租一架飞机亲自去美国，请他跟你吃顿特色菜...那么为了请他吃个烤腰子，你全程都在为些事费心费力，投入大量的精力！

所以，也就阻塞了你干别的事情，是的，这就是同步！

请人吃顿饭就这么难吗？当然，也没有那么难！不信，你请我吃饭试试：

如果你想请我吃饭，那你只需要打个电话通知我一声：喂，今天晚上请你吃个海底捞啊！我：好啊！然后你不要来接我，到了点我自己去了！期间，你该干嘛就去干嘛！

看，其他也很简单嘛？瞧，这就是异步！

那么回到代码层面：

同步代码：（代码片段1）

function someTime() {
    let s = Date.now();
    while(true) {
        if (Date.now() - s > 2000) {
            console.log(2)
            break;
        }
    }
}

console.log(1);
someTime();
console.log(3);

// 其打印顺序：1 ...(2秒以后)... 2 3

异步代码：（代码片段2）

function someTime() {
    setTimeout(() => {
        console.log(2);
    }, 2000)
}

console.log(1);
someTime();
console.log(3);

// 其打印顺序：1 3 ...(2秒以后)... 2

看看，同步代码，当执行这种耗时操作时，就会停在原地，一定要等待这时间过去之后才会执行后面的代码！而异步代码，后面的执行完全不受影响...

javascript单线程

众所周知JavaScript是单线程的，所谓单线程是指程序执行时，所走的程序路径按照连续顺序排下来，前面的必须处理好，后面的才会执行！这个解释跟【同步】的解释如出一辙！

如此看起来异步编程对于单线程而言似乎并非正统，甚至有点矛盾。然而，通过刚才的例子，我们发现，JavaScript是真的实现了异步编程的！为啥加了个setTimeout()不能不阻塞了呢？按单线程的执行的话那如下代码会是怎么样的呢？

function timeOut() {
    setTimeout(() => {
        console.log(\'timeOut\');
    }, 0)
}
function someTime() {
    let s = Date.now();
    while(true) {
        if (Date.now() - s > 2000) {
            console.log(\'some Time\')
            break;
        }
    }
}

console.log(1);
timeOut();
someTime();
console.log(3);

如果是以单线程那种解释来执行的话，这个打印顺序应该是：1 - time Out - some Time - 3 才对！然而，其真正的执行结果却是： 1 - some Time - 3 - time Out

为什么？

浏览器的多线程

JavaScript是脚本语言，它需要在一个宿主环境里才能运行，显然我们接触较多的宿主环境就是--浏览器！虽说JavaScript是单线程的，然而浏览器却不是！

如图所求，JavaScript引擎线程称为主线程，它负责解析JavaScript代码；其他可以称为辅助线程，这些辅助线程便是JavaScript实现异步的关键了！

如（代码片段2）：主线程负责自上而下顺序执行，当遇到setTimeout函数后，便将其交给定时器线程去执行，自己继续执行下面的代码！从而达到异步的目的。

不仅如此，更关键的是：

任务队列

当定时器线程计时执行完之后，会将回调函数放入任务队列中！

当这些任务加入到任务队列后并不会立即执行，而是处于等候状态！等主线程处理完了自己的事情后，才来执行任务队列中任务！

这个过程我感觉像是古代嫔妃被翻了牌子后，就需要在自己寝宫里精心准备，等待皇上批完凑折后的驾临...（哦，别想歪了!）

宏任务 & 微任务

然而，异步任务却又分为两种：一种叫“宏任务”(MacroTask 或者 Task)，一种叫“微任务”(MicroTask)！

这又是两个啥玩意呢？

光看这个依然晦涩难懂，那我们来看一段代码吧！

console.log(1);
setTimeout(() => {
    console.log(2);
}, 0);
Promise.resolve().then(() => {
    console.log(3);
});
console.log(4);

这段代码的执行结果：1 - 4 - 3 - 2。LOOK！2是最后打印的，哪怕该计时器的时间设置为0。通过之前的同步和异步的解释，1和4先于2打印应该很好理解了，但同样是异步，3也优先于2打印，这又是为什么呢？答案就是因为 setTimeout属于宏任务，而Promise属于微任务！

好吧~ 这就是宏任务和微任务的差别...什么？没懂？

微任务是皇后所生的，是嫡子；而宏任务是某个小妃子所生，是庶子！你说选太子的时候谁优先？

浏览器的Event Loop

1.执行全局Script同步代码，形成一个执行栈；

2.在执行代码时当遇到如上异步任务时便会按上文所描述的将宏任务回调加入宏任务队列，微任务回调加入微任务队列；

3.然而，回调函数放入任务队列后也不是立即执行；会等待执行栈中的同步任务全部执行完清空了栈后引擎才能会去任务队列检查是否有任务，如果有那便会将这些任务加入执行栈，然后执行！

4.执行栈清空后，会先去检查微任务队列是否有任务，逐一将其任务加入执行栈中执行，期间如果又产生了微任务那继续将其加入到列队末尾，并在本周期内执行完,直到微任务队列的任务全部清空，执行栈也清空后，再去检查宏任务队列是否有任务，取到队列队头的任务放入到执行栈中执行，其他可能又会产生微任务，那当本次执行栈中的任务结果清空后又会去检查微任务队列...

5.引擎会循环执行如上步骤，这就是Event Loop！

左边这张大图来自这里

又要上代码了：

console.log(\'start\');
setTimeout(() => {
    console.log(\'time1\');
    Pormise.resolve().then(() => {
        console.log(\'promise1\');
    })
}, 0);
setTimeout(() => {
    console.log(\'time2\');
    Pormise.resolve().then(() => {
        console.log(\'promise2\');
    })
}, 0);
Pormise.resolve().then(() => {
    console.log(\'promise3\');
});
console.log(\'end\');

这段代码的打印顺序：

start - end - promise3 - timer1 - promise1 - timer2 - promise2

据说：node 10.x版本上面的输入结果会是：

start - end - promise3 - timer1 - timer2 - promise1 - promise2

《又被node的eventloop坑了，这次是node的锅》这里有解释！

node 11.x版本以后改了，输出跟浏览器输出一致了！

Node.js 中的Event Loop是另外一回事！

关于这些知识，有大佬已经有非常好的文章了，我就不多说了！自己看吧！

Web Worker

html5中支持了 Web Worker，使得能够同时执行两段JS了，那是不是就是说JS实现了“多线程”了呢？我们来看看Web Worker的官方解释：

通过使用Web Workers，Web应用程序可以在独立于主线程的后台线程中，运行一个脚本操作。这样做的好处是可以在独立线程中执行费时的处理任务，从而允许主线程（通常是UI线程）不会因此被阻塞/放慢。

独立线程，看似像是实现了“多线程”，然而他是独立于主线程，也就是主线程依然是那个主线程没有变！虽然你大妈已经不是你大妈了，但是你大爷还是你大爷！JS单线程的本质依然没有变！

WebWorker是向浏览器申请一个子线程，该子线程服务于主线程，完全受主线程控制。

Web Worker注意事项：

写了一个demo：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>Web Worker</title>
</head>
<body>
    <button onclick="startWorker()">开始</button>
    <button onclick="stopWorker()">停止</button>
    <button onclick="updateNum()">在运行时点击</button>
    <div id="output"></div>
    <div id="num"></div>

    <script id="worker" type="app/worker">
        function updateSync() {
            for (let i = 0; i < 10000000000; i++) {
                if (i % 100000 === 0) {
                    postMessage(i);
                }
            }
        }
        updateSync();
    </script>

    <script>
        let worker;
        function startWorker() {
            let blob = new Blob([document.querySelector(\'#worker\').textContent]);
            let url = window.URL.createObjectURL(blob);
            console.log(url);
            worker = new Worker(url);

            worker.onmessage = function(e) {
                document.getElementById(\'output\').innerHTML = e.data;
            }
        }

        function stopWorker() {
            if (worker) {
                worker.terminate();
            }
        }
        
        let num = 0;
        function updateNum() {
            num++;
            document.getElementById(\'num\').innerHTML = num;
        }
    </script>
</body>
</html>

这段代码可以稍微解释一下Web Worker的用途之一 -- 执行费时的处理任务吧！

关于Web Worker更详情的说明请看阮一峰老师的这篇文章吧

本文转自本人掘金的同名文章：https://juejin.im/post/5eb58478f265da7bcb65f202 （厚颜无耻导个流...哈哈哈）

以上是关于单线程的JavaScript是如何实现异步的的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

Javascript异步机制

JavaScript 是单线程的而且是异步的机制

javascript 异步解析

javascript同步和异步的区别与实现方式

JavaScript单线程和异步机制

Javascript单线程实现