JavaScript异步机制

Posted 2020-08-01 黄银

单线程异步执行的javascript

JavaScript是单线程异步执行的，单线程意味着代码在任务队列中会按照顺序一个接一个的执行。异步代表JavaScript代码在任务队列 中的顺序并不完全等同于代码的书写顺序，比如事件绑定、Ajax、setTimeout()等任务的发生时间是“不可被预期”的。

既然JavaScript是单线程机制，那Ajax为什么是异步的？setTimeout()是怎样执行的？

在浏览器中，JavaScript引擎是单线程执行的。也就是说，在同一时间内，只能有一段代码被JavaScript引擎执行。页面加载时，JavaScript引擎会顺序执行页面上所有JavaScript代码，优先执行同步代码。而异步代码由事件触发引擎按照“事件发生”的顺序添加到JavaScript引擎的任务队列中，待所有同步代码执行结束后，JavaScript引擎会按照任务队列中的顺序来执行异步代码。

下面是知乎上的一段回答：

JavaScript引擎是单线程运行的,浏览器无论在什么时候都只且只有一个线程在运行JavaScript程序。

浏览器的内核是多线程的，它们在内核控制下相互配合以保持同步，一个浏览器至少实现三个常驻线程：JavaScript引擎线程，GUI渲染线程，浏览器事件触发线程。

1. JavaScript引擎是基于事件驱动单线程执行的，JavaScript引擎一直等待着任务队列中任务的到来，然后加以处理，浏览器无论什么时候都只有一个JavaScript线程在运行JavaScript程序。
2. GUI渲染线程负责渲染浏览器界面，当界面需要重绘（Repaint）或由于某种操作引发回流(Reflow)时,该线程就会执行。但需要注 意，GUI渲染线程与JavaScript引擎是互斥的，当JavaScript引擎执行时GUI线程会被挂起，GUI更新会被保存在一个队列中等到 JavaScript引擎空闲时立即被执行。
3. 事件触发线程，当一个事件被触发时该线程会把事件添加到待处理队列的队尾，等待JavaScript引擎的处理。这些事件可来自 JavaScript引擎当前执行的代码块如setTimeout、也可来自浏览器内核的其他线程如鼠标点击、Ajax异步请求等，但由于 JavaScript的单线程关系所有这些事件都得排队等待JavaScript引擎处理（当线程中没有执行任何同步代码的前提下才会执行异步代码）。

了解JavaScript单线程异步执行的机制以后，再来看一看setTimeout()与setInterval()在执行时候的具体情况。

setTimeout()与setInterval()

setTimeout()

JavaScript引擎在执行setTimeout(fn, 10)时，一方面继续执行setTimeout(fn, 10)后面的同步代码，同时另一方面开始计时，在10ms之后将fn插入任务队列中。待所有同步代码执行结束后（JavaScript引擎空闲），依次任 务队列中的异步代码。所以，setTimeout(fn, 10)并不能准确的在10ms之后执行，而是大于等于10ms。

看下面两段代码，会对setTimeout()的执行顺序有更直观的印象。

第一段：

1 2 3 4 5 6 7 8 9

console.log(1) setTimeout(function () {console.log(\'a\')}, 10); setTimeout(function () {console.log(\'b\')}, 0); var sum = 0; for (var i = 0; i < 1000000; i ++) {     sum += i; } console.log(sum); setTimeout(function () {console.log(\'c\');}, 0);

输出结果：

代码执行的逻辑如图所示，纵向代表时间，左边表示同步代码的执行顺序，右边表示异步代码的任务队列，从左到后的箭头表示将异步代码插入任务队列。

第二段，将for循环上限去掉一个0：

1 2 3 4 5 6 7 8 9

console.log(1) setTimeout(function () {console.log(\'a\')}, 10); setTimeout(function () {console.log(\'b\')}, 0); var sum = 0; for (var i = 0; i < 100000; i ++) {     sum += i; } console.log(sum); setTimeout(function () {console.log(\'c\');}, 0);

输出结果：

两段代码的区别在于for循环执行的时间不同，第一段代码的for循环执行时间大于10ms，所以console.log(\'a\')先被插入任务队 列，等for循环执行结束后，console.log(\'c\')才被插入任务队列。第二段代码的for循环执行时间小于10ms，所以 console.log(\'c\')先被插入任务队列。

setInterval()

setInterval()的执行方式与setTimeout()有不同。假如执行setInterval(fn, 10)，则每隔10ms，定时器的事件就会被触发。与setTimeout()相同的是，如果当前没有同步代码在执行（JavaScript引擎空闲）， 则定时器对应的方法fn会被立即执行，否则，fn就会被加入到任务队列中。由于定时器的事件是每隔10ms就触发一次，有可能某一次事件触发的时候，上一 次事件的处理方法fn还没有机会得到执行，仍然在等待队列中，这个时候，这个新的定时器事件就被丢弃，继续开始下一次计时。需要注意的是，由于 JavaScript引擎这种单线程异步的执行方式，有可能两次fn的实际执行时间间隔小于设定的时间间隔。比如上一个定时器事件的处理方法触发之后，等 待了5ms才获得被执行的机会。而第二个定时器事件的处理方法被触发之后，马上就被执行了。那么这两者之间的时间间隔实际上只有5ms。因 此，setInterval()并不适合实现精确的按固定间隔的调度操作。

下面代码说明了这个问题：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

console.log(1) var interval = setInterval(function () {     var date = new Date();     console.log(date.getMinutes() + \':\' + date.getSeconds() + \':\' + date.getMilliseconds()); }, 10); var sum = 0; for (var i = 0; i < 1000000; i ++) {     sum += i; } console.log(2); // 清除定时器，避免卡死浏览器 setTimeout(function () {     clearInterval(interval); }, 100);

输出结果：

可以看出，setInterval()前两次的间隔时间只有4ms。因为setInterval()第一次被触发后，里面的方法并没有马上被执行， 而是等待同步代码执行结束后才被执行，这个过程用了6ms。所以当第一次方法执行过后4ms，第二次方法也被执行了。从setInterval()第二次 被触发开始，后面几次的执行都没有被阻塞，所以间隔时间都在11ms左右。

总的来说，setTimeout()和setInterval()都不能满足精确的时间间隔。假如设定的时间间隔为10ms，则 setTimeout(fn, 10)中的fn执行的时间间隔可能大于10ms，而setInterval(fn, 10)中fn执行的时间间隔可能小于10ms。