JavaScript 運行機制詳解：再談Event Loop__Java

今天看到一篇好文章，轉載和大家分享。

轉載地址http://www.ruanyifeng.com/blog/2014/10/event-loop.html

一、為什麼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。那麼，為什麼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。作為瀏覽器指令碼語言，JavaScript的主要用途是與使用者互動，以及操作DOM。這決定了它只能是單線程，否則會帶來很複雜的同步問題。比如，假定JavaScript同時有兩個線程，一個線程在某個DOM節點上新增內容，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，為了避免複雜性，從一誕生，JavaScript就是單線程，這已經成了這門語言的核心特徵，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指令碼建立多個線程，但是子線程完全受主線程式控制制，且不得操作DOM。所以，這個新標準並沒有改變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，才會執行後一個任務。如果前一個任務耗時很長，後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裝置（輸入輸出裝置）很慢（比如Ajax操作從網路讀取資料），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CPU完全可以不管IO裝置，掛起處於等待中的任務，先運行排在後面的任務。等到IO裝置返回了結果，再回過頭，把掛起的任務繼續執行下去。

於是，JavaScript就有了兩種執行方式：一種是CPU按順序執行，前一個任務結束，再執行下一個任務，這叫做同步執行；另一種是CPU跳過等待時間長的任務，先處理後面的任務，這叫做非同步執行。程式員自主選擇，採用哪種執行方式。

具體來說，非同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非同步任務的非同步執行。）

（1）所有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）。系統把非同步任務放到"任務隊列"之中，然後繼續執行後續的任務。

（3）一旦"執行棧"中的所有任務執行完畢，系統就會讀取"任務隊列"。如果這個時候，非同步任務已經結束了等待狀態，就會從"任務隊列"進入執行棧，恢複執行。

（4）主線程不斷重複上面的第三步。

下圖就是主線程和任務隊列的示意圖。

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。這個過程會不斷重複。 三、事件和回呼函數

"任務隊列"實質上是一個事件的隊列（也可以理解成訊息的隊列），IO裝置完成一項任務，就在"任務隊列"中添加一個事件，表示相關的非同步任務可以進入"執行棧"了。主線程讀取"任務隊列"，就是讀取裡面有哪些事件。

"任務隊列"中的事件，除了IO裝置的事件以外，還包括一些使用者產生的事件（比如滑鼠點擊、頁面滾動等等）。只要指定過回呼函數，這些事件發生時就會進入"任務隊列"，等待主線程讀取。

所謂"回呼函數"（callback），就是那些會被主線程掛起來的代碼。非同步任務必須指定回呼函數，當非同步任務從"任務隊列"回到執行棧，回呼函數就會執行。

"任務隊列"是一個先進先出的資料結構，排在前面的事件，優先返回主線程。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返回主線程。但是，由於存在後文提到的"定時器"功能，主線程要檢查一下執行時間，某些事件必須要在規定的時間返回主線程。 四、Event Loop

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

為了更好地理解Event Loop，請看下圖（轉引自Philip Roberts的演講《Help, I'm stuck in an event-loop》）。

上圖中，主線程啟動並執行時候，產生堆（heap）和棧（stack），棧中的代碼調用各種外部API，它們在"任務隊列"中加入各種事件（click，load，done）。只要棧中的代碼執行完畢，主線程就會去讀取"任務隊列"，依次執行那些事件所對應的回呼函數。

執行棧中的代碼，總是在讀取"任務隊列"之前執行。請看下面這個例子。

    var req = new XMLHttpRequest();    req.open('GET', url);        req.onload = function (){};        req.onerror = function (){};        req.send();

上面代碼中的req.send方法是Ajax操作向伺服器發送資料，它是一個非同步任務，意味著只有當前指令碼的所有代碼執行完，系統才會去讀取"任務隊列"。所以，它與下面的寫法等價。

    var req = new XMLHttpRequest();    req.open('GET', url);    req.send();    req.onload = function (){};        req.onerror = function (){};   

也就是說，指定回呼函數的部分（onload和onerror），在send()方法的前面或後面無關緊要，因為它們屬於執行棧的一部分，系統總是執行完它們，才會去讀取"任務隊列"。 五、定時器

除了放置非同步任務，"任務隊列"還有一個作用，就是可以放置定時事件，即指定某些代碼在多少時間之後執行。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，區別在於前者指定的代碼是一次性執行，後者則為反覆執行。以下主要討論setTimeout()。

setTimeout()接受兩個參數，第一個是回呼函數，第二個是延遲執行的毫秒數。

console.log(1);setTimeout(function(){console.log(2);},1000);console.log(3);

上面代碼的執行結果是1，3，2，因為setTimeout()將第二行延遲到1000毫秒之後執行。

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）以後，立即執行（0毫秒間隔）指定的回呼函數。

setTimeout(function(){console.log