息息相关的 JS 同步,异步和事件轮询

2019-09-17 admin

作者:Sukhjinder Arora 译者:前端小智 来源:medium

为了保证的可读性,本文采用意译而非直译。

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JS 是一门单线程的编程语言,这就意味着一个时间里只能处理一件事,也就是说JS引擎一次只能在一个线程里处理一条语句。

虽然单线程简化了编程代码,因为这样咱们不必太担心并发引出的问题,这也意味着在阻塞主线程的情况下执行长时间的操作,如网络请求。

想象一下从API请求一些数据,根据具体的情况,服务器需要一些时间来处理请求,同时阻塞主线程,使网页长时间处于无响应的状态。这就是引入异步 JS 的原因。使用异步 (如 回调函数、promiseasync/await),可以不用阻塞主线程的情况下长时间执行网络请求。

了解异步的工作方式之前,咱们先来看看同步是怎么样工作的。

同步 JS 是如何工作的?

在深入研究异步JS之前,先来了解同步 JS 代码在 JavaScript 引擎中执行情况。例如:

    const second = () => {
      console.log('Hello there!');
    }

    const first = () => {
      console.log('Hi there!');
      second();
      console.log('The End');
    }

    first();

要理解上述代码如何在 JS 引擎中执行,咱们必须理解什么是执行上下文调用栈(也称为执行堆栈)。

函数代码在函数执行上下文中执行,全局代码在全局执行上下文中执行。每个函数都有自己的执行上下文。

调用栈

调用堆栈顾名思义是一个具有LIFO(后进先出)结构的堆栈,用于存储在代码执行期间创建的所有执行上下文。

JS 只有一个调用栈,因为它是一种单线程编程语言。调用堆栈具有 LIFO 结构,这意味着项目只能从堆栈顶部添加或删除。

回到上面的代码,尝试理解代该码是如何在JS引擎中执行。

const second = () => {
  console.log('Hello there!');
}
const first = () => {
  console.log('Hi there!');
  second();
  console.log('The End');
}
first();

图片描述

这里发生了什么?

当执行此代码时,将创建一个全局执行上下文(由main()表示)并将其推到调用堆栈的顶部。当遇到对first()的调用时,它会被推送到堆栈的顶部。

接下来,console.log('Hi there!')被推送到堆栈的顶部,当它完成时,它会从堆栈中弹出。之后,我们调用second(),因此second()函数被推到堆栈的顶部。

console.log('Hello there!')被推送到堆栈顶部,并在完成时弹出堆栈。second() 函数结束,因此它从堆栈中弹出。

console.log(“the End”)被推到堆栈的顶部,并在完成时删除。之后,first()函数完成,因此从堆栈中删除它。

程序在这一点上完成了它的执行,所以全局执行上下文(main())从堆栈中弹出。

异步 JS 是如何工作的?

现在咱们已经对调用堆栈和同步JAS的工作原理有了基本的了解,回到异步JS上。

阻塞是什么?

假设咱们正在以同步的方式进行图像处理或网络请求。例如:

const processImage = (image) => {
  /**
  * doing some operations on image
  **/
  console.log('Image processed');
}
const networkRequest = (url) => {
  /**
  * requesting network resource
  **/
  return someData;
}
const greeting = () => {
  console.log('Hello World');
}
processImage(logo.jpg);
networkRequest('www.somerandomurl.com');
greeting();

做图像处理和网络请求需要时间,当processImage()函数被调用时,它会根据图像的大小花费一些时间。

processImage() 函数完成后,将从堆栈中删除它。然后调用 networkRequest() 函数并将其推入堆栈。同样,它也需要一些时间来完成执行。

最后,当networkRequest()函数完成时,调用greeting()函数。

因此,咱们必须等待函数如processImage()networkRequest()完成。这意味着这些函数阻塞了调用堆栈或主线程。因此,在执行上述代码时,咱们不能执行任何其他操作,这是不理想的。

解决办法是什么?

最简单的解决方案是异步回调,各位使用异步回调使代码非阻塞。例如:

const networkRequest = () => {
  setTimeout(() => {
    console.log('Async Code');
  }, 2000);
};
console.log('Hello World');
networkRequest();

这里使用了setTimeout方法来模拟网络请求。请记住setTimeout不是JS引擎的一部分,它是Web Api的一部分。

为了理解这段代码是如何执行的,咱们必须理解更多的概念,比如事件轮询和回调队列(或消息队列)。

图片描述

事件轮询、web api和消息队列不是JavaScript引擎的一部分,而是浏览器的JavaScript运行时环境或Nodejs JavaScript运行时环境的一部分(对于Nodejs)。在Nodejs中,web api被c/c++ api所替代。

现在让我们回到上面的代码,看看它是如何异步执行的。

const networkRequest = () => {
  setTimeout(() => {
    console.log('Async Code');
  }, 2000);
};

console.log('Hello World');

networkRequest();

console.log('The End');

图片描述

当上述代码在浏览器中加载时,console.log(' Hello World ') 被推送到堆栈中,并在完成后弹出堆栈。接下来,将遇到对 networkRequest() 的调用,因此将它推到堆栈的顶部。

下一个 setTimeout() 函数被调用,因此它被推到堆栈的顶部。setTimeout()有两个参数:

setTimeout() 方法在web api环境中启动一个2s的计时器。此时,setTimeout()已经完成,并从堆栈中弹出。cosole.log(“the end”) 被推送到堆栈中,在完成后执行并从堆栈中删除。

同时,计时器已经过期,现在回调被推送到消息队列。但是回调不会立即执行,这就是事件轮询开始的地方。

事件轮询

事件轮询的工作是监听调用堆栈,并确定调用堆栈是否为空。如果调用堆栈是空的,它将检查消息队列,看看是否有任何挂起的回调等待执行。

在这种情况下,消息队列包含一个回调,此时调用堆栈为空。因此,事件轮询将回调推到堆栈的顶部。

然后是 console.log(“Async Code”) 被推送到堆栈顶部,执行并从堆栈中弹出。此时,回调已经完成,因此从堆栈中删除它,程序最终完成。

消息队列还包含来自DOM事件(如单击事件和键盘事件)的回调。例如:

document.querySelector('.btn').addEventListener('click',(event) => {
  console.log('Button Clicked');
});

对于DOM事件,事件侦听器位于web api环境中,等待某个事件(在本例中单击event)发生,当该事件发生时,回调函数被放置在等待执行的消息队列中。

同样,事件轮询检查调用堆栈是否为空,并在调用堆栈为空并执行回调时将事件回调推送到堆栈。

延迟函数执行

咱们还可以使用setTimeout来延迟函数的执行,直到堆栈清空为止。例如

const bar = () => {
  console.log('bar');
}
const baz = () => {
  console.log('baz');
}
const foo = () => {
  console.log('foo');
  setTimeout(bar, 0);
  baz();
}
foo();

打印结果:

foo
baz
bar

当这段代码运行时,第一个函数foo()被调用,在foo内部我们调用console.log('foo'),然后setTimeout()被调用,bar()作为回调函数和时0秒计时器。

现在,如果咱们没有使用 setTimeout, bar() 函数将立即执行,但是使用 setTimeout0秒计时器,将bar的执行延迟到堆栈为空的时候。

0秒后,bar()回调被放入等待执行的消息队列中,但是它只会在堆栈完全空的时候执行,也就是在bazfoo函数完成之后。

ES6 任务队列

我们已经了解了异步回调和DOM事件是如何执行的,它们使用消息队列存储等待执行所有回调。

ES6引入了任务队列的概念,任务队列是 JS 中的 promise 所使用的。消息队列和任务队列的区别在于,任务队列的优先级高于消息队列,这意味着任务队列中的promise 作业将在消息队列中的回调之前执行,例如:

const bar = () => {
  console.log('bar');
};

const baz = () => {
  console.log('baz');
};

const foo = () => {
  console.log('foo');
  setTimeout(bar, 0);
  new Promise((resolve, reject) => {
    resolve('Promise resolved');
  }).then(res => console.log(res))
    .catch(err => console.log(err));
  baz();
};

foo();

打印结果:

foo
baz
Promised resolved
bar

咱们可以看到 promisesetTimeout 之前执行,因为 promise 响应存储在任务队列中,任务队列的优先级高于消息队列。

小结

因此,咱们了解了异步 JS 是如何工作的,以及调用堆栈、事件循环、消息队列和任务队列等概念,这些概念共同构成了 JS 运行时环境。虽然成为一名出色的JS开发人员并不需要学习所有这些概念,但是了解这些概念是有帮助的。

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