JavaScript同步和异步

BrewsterDarlene 发布于1年前
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大家好,我是wmingren,小伙伴们都知道JavaScript是单线程的语言,所谓的单线程呢就是指如果有多个任务就必须去排队,前面任务执行完成后,后面任务再执行。到这里我们就产生了一个疑问,既然是单线程的,又怎么会有异步操作呢?首先了解一下同步和异步的概念吧。

一、同步和异步

同步

如果在函数返回结果的时候,调用者能够拿到预期的结果(就是函数计算的结果),那么这个函数就是同步的.
console.log('hello');//执行后,获得了返回结果

如果函数是同步的,即使调用函数执行任务比较耗时,也会一致等待直到得到执行结果。如下面的代码:

function wait(){
    var time = (new Date()).getTime();//获取当前的unix时间戳
    while((new Date()).getTime() - time > 5000){}
    console.log('5秒过去了');
}
wait();
console.log('慢死了');

上面代码中,函数wait是一个耗时程序,持续5秒,在它执行的这漫长的5秒中,下面的console.log()函数只能等待,这就是同步。

异步

如果在函数返回的时候,调用者还不能购得到预期结果,而是将来通过一定的手段得到(例如回调函数),这就是异步。例如ajax操作。
如果函数是异步的,发出调用之后,马上返回,但是不会马上返回预期结果。调用者不必主动等待,当被调用者得到结果之后会通过回调函数主动通知调用者。

二、单线程与多线程

了解完同步和异步之后,我们再来看看我们的问题:单线程又怎么会有异步呢?
JavaScript其实就是一门语言,说是单线程还是多线程得结合具体运行环境。众所周知,js的运行环境就是浏览器,具体由js引擎取解析和执行。下面我们来了解下浏览器。

浏览器

一个浏览器通常由以下几个常驻的线程:

  • 渲染引擎线程,负责页面的渲染
  • js引擎线程,负责js的解析和执行
  • 定时触发器线程,处理setInterval和setTimeout
  • 事件触发线程,处理DOM事件
  • 异步http请求线程,处理http请求
要注意的是渲染引擎和js引擎线程是不能同时进行的。渲染线程在执行任务的时候,js引擎线程会被挂起。因为若是在渲染页面的时候,js处理了DOM,浏览器就不知道该听谁的了

JS引擎

通常讲到浏览器的时候,我们会说到两个引擎:渲染引擎和JS引擎。
1、 渲染引擎:Chrome/Safari/Opera用的是Webkit引擎,IE用的是Trdent引擎,FireFox用的是Gecko引擎。不同的引擎对同一个样式的实现不一致,就导致浏览器的兼容性问题。
2、 JS引擎:js引擎可以说是js虚拟机,负责解析js代码的解析和执行。通常有以下步骤:
  • 词法解析:将源代码分解位有意义的分词
  • 语法分析:用语法分析器将分词解析成语法树
  • 代码生成:生成机器能运行的代码
  • 代码执行
不同浏览器的js引擎也各不相同,Chrome用的是V8,FireFox用的是SpiderMonkey,Safari用的是JavaScriptCore,IE用的是Chakra。

之所以说js是单线程就是因为浏览器运行时只开启一个js解释器,原因是若有两个线程操作DOM,浏览器就又晕了。

JavaScript是单线程的,但是浏览器不是单线程的。一些I/O操作,定时器的计时和事件监听是由其他线程完成的。

三、消息队列与事件循环

由上面浏览器一篇的介绍可以知道,浏览器中多个线程的合作完成了异步的操作,那么异步的回调函数又是怎样完成执行的呢?

这就需要了解消息队列和事件循环了。

如上图所示,左边的栈存储的是同步任务,就是那些能立即执行、不耗时的任务,如变量和函数的初始化、事件的绑定等等那些不需要回调函数的操作都可归为这一类。

右边的堆用来存储声明的变量、对象。下面的队列就是消息队列,一旦某个异步任务有了响应就会被推入队列中。如用户的点击事件、浏览器收到服务的响应和setTimeout中待执行的事件,每个异步任务都和回调函数相关联。

JS引擎线程用来执行栈中的同步任务,当所有同步任务执行完毕后,栈被清空,然后读取消息队列中的一个待处理任务,并把相关回调函数压入栈中,单线程开始执行新的同步任务。

JS引擎线程从消息队列中读取任务是不断循环的,每次栈被清空后,都会在消息队列中读取新的任务,如果没有新的任务,就会等待,直到有新的任务,这就叫事件循环。

上图以AJAX异步请求为例,发起异步任务后,由AJAX线程执行耗时的异步操作,而JS引擎线程继续执行堆中的其他同步任务,直到堆中的所有异步任务执行完毕。然后,从消息队列中依次按照顺序取出消息作为一个同步任务在JS引擎线程中执行,那么AJAX的回调函数就会在某一时刻被调用执行。

四、实例

最后来一个经典的面试题来帮助大家理解js的同步和异步。
代码如下:
//执行下面这段代码,执行后,在 5s 内点击两下,过一段时间(>5s)后,再点击两下,整个过程的输出结果是什么?
setTimeout(function(){
    for(var i = 0; i < 100000000; i++){}
    console.log('timer a');
}, 0)

for(var j = 0; j < 5; j++){
    console.log(j);
}

setTimeout(function(){
    console.log('timer b');
}, 0)

function waitFiveSeconds(){
    var now = (new Date()).getTime();
    while(((new Date()).getTime() - now) < 5000){}
    console.log('finished waiting');
}

document.addEventListener('click', function(){
    console.log('click');
})

console.log('click begin');
waitFiveSeconds();

要想了解上述代码的输出结果,首先介绍下定时器。

setTimeout 的作用是在间隔一定的时间后,将回调函数插入消息队列中,等栈中的同步任务都执行完毕后,再执行。因为栈中的同步任务也会耗时, 所以间隔的时间一般会大于等于指定的时间 。

setTimeout(fn, 0) 的意思是,将回调函数fn立刻插入消息队列,等待执行,而不是立即执行。看一个例子:

setTimeout(function() {
    console.log("a")
}, 0)

for(let i=0; i<10000; i++) {}
console.log("b")
//打印结果,说明回调函数没有立即执行,而是等待同步任务执行完成后才执行的
b a
下面来解释一下面试题吧。

先执行同步任务,for循环,然后是console.log('click begin') 最后是waitFiveSeconds函数

在同步任务执行的期间,‘timera’,‘timerb’对应的回调和click事件的回调先后入队列。

同步任务结束后,js引擎线程空闲后会线查看是否有事件可执行,接着在处理其他异步任务,因此会有下面的输出:

0
1
2
3
4
click begin
finished waiting
2 click  //5s中两次点击
timer a
timer b
2 click  //5s后两次点击

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