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  • 自己对于Event loop 的一些理解

    什么是Event loop?

    Event Loop是一个程序结构,用于等待和发送消息和事件,是计算机系统的一种运行机制。

     JavaScript语言就采用这种机制,来解决单线程运行带来的一些问题。

     

    Event Loop

    想要理解Event Loop,就要从程序的运行模式讲起。

    运行以后的程序叫做进程,一般情况下,一个进程一次只能执行一个任务。

    JavaScript语言的一大特点就是单线程,也就是说,同一个时间只能做一件事

     为什么JavaScript不能有多个线程呢?这样能提高效率啊。

     JavaScript的单线程,与它的用途有关。作为浏览器脚本语言,JavaScript的主要用途是与用户互动,以及操作DOM。这决定了它只能是单线程,否则会带来很复杂的同步问题。比如,假定JavaScript同时有两个线程,一个线程在某个DOM节点上添加内容,另一个线程删除了这个节点,这时浏览器应该以哪个线程为准?

     所以,为了避免复杂性,从一诞生,JavaScript就是单线程,这已经成了这门语言的核心特征,将来也不会改变。

     为了利用多核CPU的计算能力,HTML5提出Web Worker标准,允许JavaScript脚本创建多个线程,但是子线程完全受主线程控制,且不得操作DOM。所以,这个新标准并没有改变JavaScript单线程的本质。(Worker API可以实现多线程,但是JavaScript本身始终是单线程的。)

     多线程不仅占用多倍的系统资源,也闲置多倍的资源,

     

    二、任务队列

     单线程就意味着,所有任务需要排队,前一个任务结束,才会执行后一个任务。如果前一个任务耗时很长,后一个任务就不得不一直等着。

     如果排队是因为计算量大,CPU忙不过来,倒也算了,但是很多时候CPU是闲着的,因为IO设备(输入输出设备)很慢(比如Ajax操作从网络读取数据),不得不等着结果出来,再往下执行。

    JavaScript语言的设计者意识到,这时主线程完全可以不管IO设备,挂起处于等待中的任务,先运行排在后面的任务。等到IO设备返回了结果,再回过头,把挂起的任务继续执下去。

    于是,所有任务可以分成两种,一种是同步任务(synchronous),另一种是异步任务(asynchronous)。同步任务指的是,在主线程上排队执行的任务,只有前一个任务执行完毕,才能执行后一个任务;异步任务指的是,不进入主线程、而进入"任务队列"(task queue)的任务,只有"任务队列"通知主线程,某个异步任务可以执行了,该任务才会进入主线程执行。

     具体来说,异步执行的运行机制如下。(同步执行也是如此,因为它可以被视为没有异步任务的异步执行。)

     (1)所有同步任务都在主线程上执行,形成一个执行栈(execution context stack)。

     (2)主线程之外,还存在一个"任务队列"(task queue)。只要异步任务有了运行结果,就在"任务队列"之中放置一个事件。

    (3)一旦"执行栈"中的所有同步任务执行完毕,系统就会读取"任务队列",看看里面有哪些事件。那些对应的异步任务,于是结束等待状态,进入执行栈,开始执行。

    (4)主线程不断重复上面的第三步。

     只要主线程空了,就会去读取"任务队列",这就是JavaScript的运行机制。这个过程会不断重复。

     三、事件和回调函数

    "任务队列"是一个事件的队列(也可以理解成消息的队列),IO设备完成一项任务,就在"任务队列"中添加一个事件,表示相关的异步任务可以进入"执行栈"了。主线程读取"任务队列",就是读取里面有哪些事件。

    "任务队列"中的事件,除了IO设备的事件以外,还包括一些用户产生的事件(比如鼠标点击、页面滚动等等)。只要指定过回调函数,这些事件发生时就会进入"任务队列",等待主线程读取。

    所谓"回调函数"(callback),就是那些会被主线程挂起来的代码。异步任务必须指定回调函数,当主线程开始执行异步任务,就是执行对应的回调函数。

    "任务队列"是一个先进先出的数据结构,排在前面的事件,优先被主线程读取。主线程的读取过程基本上是自动的,只要执行栈一清空,"任务队列"上第一位的事件就自动进入主线程。但是,由于存在后文提到的"定时器"功能,主线程首先要检查一下执行时间,某些事件只有到了规定的时间,才能返回主线程0。

    在程序中设置两个线程:一个负责程序本身的运行,称为"主线程";另一个负责主线程与其他进程(主要是各种I/O操作)的通信,被称为"Event Loop线程"(可以译为"消息线程")。

    每当遇到I/O的时候,主线程就让Event Loop线程去通知相应的I/O程序,然后接着往后运行,所以不存在等待时间。等到I/O程序完成操作,Event Loop线程再把结果返回主线程。主线程就调用事先设定的回调函数,完成整个任务。

    这种运行方式称为"异步模式"(asynchronous I/O)或"非堵塞模式"

    任务队列可以是多个,其中又包括宏任务队列和微任务队列 宏任务队列有:script(整体代码),setTimeout,setInterval,setImmediately,I/O,UI render

    微任务队列有:promise,process.nexttick,Object.observe(已

     

    四、Event Loop

    主线程从"任务队列"中读取事件,这个过程是循环不断的,所以整个的这种运行机制又称为Event Loop(事件循环)。

    执行栈中的代码,总是在读取"任务队列"之前执行。请看下面这个例子。

    代码如下:

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


    上面代码中的req.send方法是Ajax操作向服务器发送数据,它是一个异步任务,意味着只有当前脚本的所有代码执行完,系统才会去读取"任务队列"。所以,它与下面的写法等价。

    代码如下:

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


    也就是说,指定回调函数的部分(onload和onerror),在send()方法的前面或后面无关紧要,因为它们属于执行栈的一部分,系统总是执行完它们,才会去读取"任务队列"

     

    除了放置异步任务,"任务队列"还有一个作用,就是可以放置定时事件,即指定某些代码在多少时间之后执行。这叫做"定时器"(timer)功能,也就是定时执行的代码。

    定时器功能主要由setTimeout()和setInterval()这两个函数来完成,它们的内部运行机制完全一样,区别在于前者指定的代码是一次性执行,后者则为反复执行。以下主要讨论setTimeout()。

    setTimeout()接受两个参数,第一个是回调函数,第二个是推迟执行的毫秒数。

     

    代码如下:

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

     

    上面代码的执行结果是1,3,2,因为setTimeout()将第二行推迟到1000毫秒之后执行。

    如果将setTimeout()的第二个参数设为0,就表示当前代码执行完(执行栈清空)以后,立即执行(0毫秒间隔)指定的回调函数。

     

    代码如下:

    setTimeout(function(){console.log(1);}, 0);
    console.log(2);

     

    上面代码的执行结果总是2,1,因为只有在执行完第二行以后,系统才会去执行"任务队列"中的回调函数。
    HTML5标准规定了setTimeout()的第二个参数的最小值(最短间隔),不得低于4毫秒,如果低于这个值,就会自动增加。在此之前,老版本的浏览器都将最短间隔设为10毫秒。

    另外,对于那些DOM的变动(尤其是涉及页面重新渲染的部分),通常不会立即执行,而是每16毫秒执行一次。这时使用requestAnimationFrame()的效果要好于setTimeout()。

    需要注意的是,setTimeout()只是将事件插入了"任务队列",必须等到当前代码(执行栈)执行完,主线程才会去执行它指定的回调函数。要是当前代码耗时很长,有可能要等很久,所以并没有办法保证,回调函数一定会在setTimeout()指定的时间执行。

     

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