单线程的Javascript

JavaScript是一种单线程语言，它主要用来与用户互动，以及操作dom。多线程需要共享资源、且有可能修改彼此的运行结果，且存在上下文切换。

在 JS 运行的时候可能会阻止 UI 渲染，这说明两个线程是互斥的。这是因为 JS 可以修改 DOM，如果在 JS 执行的时候 UI 线程还在工作，就可能导致不能安全的渲染 UI。
JS 是单线程运行的，可以达到节省内存，节约上下文切换时间。

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。

单线程的同步等待极大影响效率，任务不得不一个一个等待执行，对于网页应用是无法接受的。所以Javascript使用事件循环机制来解决异步任务的问题。

同步 vs 异步 宏任务 vs 微任务

首先了解下同步和异步的区别：

• 同步：在一个函数返回的时候，调用者就能够得到预期结果。
• 同步任务：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：在函数返回的时候，调用者还不能够得到预期结果，而是需要在将来通过一定的手段得到。
• 异步任务：不进入主线程、而放在"任务队列"中的任务，若有多个异步任务，则需排队等待进入主线程执行栈中被执行。

任务队列其实不止一种，根据任务种类的不同，可以分为微任务（micro task）队列和宏任务（macro task）队列。常见的任务如下：

• 宏任务： script(整体代码)、setTimeout、setInterval、I/O、UI 交互事件、setImmediate；需要特定的异步线程去执行，有明确的异步任务去执行，有回调。
• 微任务： Promise、MutaionObserver、process.nextTick(Node.js 环境，会先于其他微任务执行)；不需要特定的异步线程去执行，没有明确的异步任务去执行，只有回调。

一次 Eventloop 循环会处理一个宏任务和所有这次循环中产生的微任务。 执行顺序如下图：

第一个例子：

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

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"。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"。

第二个例子：

console.log('1 第一次循环 开始执行');
setTimeout(function () {
    console.log('2 第二次循环 开始执行');
    new Promise(function (resolve) {
        console.log('3 第二次循环 宏任务结束');
        resolve();
    }).then(function () {
        console.log('4 第二次循环 微任务执行')
    })
}, 0)
new Promise(function (resolve) {
    console.log('5 第一次循环 宏任务结束');
    resolve();
}).then(function () {
    console.log('6 第一次循环 微任务执行')
})

setTimeout(function () {
    console.log('7 第三次循环 开始执行');

    new Promise(function (resolve) {
        console.log('8 第三次循环 宏任务结束');
        resolve();
    }).then(function () {
        console.log('9 第三次循环 微任务执行')
    })
}, 0)

/*
结果
1 第一次循环 开始执行
5 第一次循环 宏任务结束
6 第一次循环 微任务执行
2 第二次循环 开始执行
3 第二次循环 宏任务结束
4 第二次循环 微任务执行
7 第三次循环 开始执行
8 第三次循环 宏任务结束
9 第三次循环 微任务执行
*/

定时器

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。

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。主线程尽可能早得执行，但是没有办法保证回调函数一定会在setTimeout()指定的时间执行，因为必须等到当前代码（执行栈）执行完，主线程才会去执行它指定的回调函数。所以单线程无法实现真正的异步，因为还是存在阻塞。

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()。

在Node.js环境下，还提供了另外两个方法：

process.nextTick方法可以在当前"执行栈"的尾部，下一次Event Loop之前，触发回调函数。也就是说，它指定的任务总是在本次"事件循环"触发，发生在所有异步任务之前，同时也是在所有微任务之前执行。

setImmediate方法则是在当前"任务队列"的尾部添加事件，也就是说，它指定的任务总是在之后的Event Loop执行，这与setTimeout(fn, 0)很像。

多个process.nextTick语句总是在当前"执行栈"一次执行完，多个setImmediate则可能需要多次loop才能执行完。

To Be Continued...

Node.js使用V8作为js的解析引擎，而I/O处理方面使用了自己设计的libuv，libuv是一个基于事件驱动的跨平台抽象层，封装了不同操作系统一些底层特性，对外提供统一的api，事件循环机制也是它里面的实现的。（在Python中，uvloop，一个完整的asyncio事件循环的替代品，也是建立在libuv基础之上，是由Cython编写而成。）这个机制和浏览器中Javascript的事件循环机制是不太一样的。下次深入了解下libuv的Event Loop！