引言

JavaScript 作为一门单线程语言，在执行时只能处理一个任务，这使得它在设计上更为简单，但某些方面也被人们批评，比如阻塞操作、处理复杂计算出现性能问题、回调地狱使代码难以维护等等。但是JS通过使用异步编程、Web Workers、Web Assembly 、EventLoop等技术，让开发者们可以充分利用 JavaScript 在各种应用场景中的优势，同时降低其弱点的影响。那么今天我们就来深入探讨JavaScript中的异步编程和事件循环模型，来看看它为了处理阻塞操作和回调地狱下了那些功夫？

开头唠唠

在深入理解 JavaScript 中的线程、进程和异步编程之前，我们先来聊聊单线程的基本概念和异步编程的动机。

JavaScript 单线程特性的基础概念

JavaScript 之所以被设计成单线程，有着一些基础的概念比如：

1. 单线程执行模型

JavaScript 在执行代码时，按照从上到下的顺序逐行执行。这种执行模型称为单线程执行模型，意味着在任何给定的时刻，只能执行一个任务。这有助于避免复杂的同步问题，简化了编程模型。

2. 事件驱动的设计

JavaScript 的单线程执行模型与事件驱动的设计相结合。通过事件监听器和回调函数，JavaScript 能够处理用户输入、网络请求等异步事件，而不会阻塞主线程的执行。这种非阻塞的设计使得 JavaScript 能够更好地处理并发操作。

异步编程的出现和背景

1. 处理网络请求和I/O

在 Web 开发中，经常需要进行网络请求和I/O 操作。如果在请求数据的过程中阻塞主线程，用户界面就会出现卡顿，影响用户体验。异步编程的引入解决了这一问题，使得 JavaScript 能够在等待数据的同时继续执行其他任务。

2. 提高程序性能

通过异步编程，JavaScript 能够更有效地利用系统资源，提高程序的性能。例如，可以同时处理多个异步任务，而不必等待一个任务完成后再处理下一个任务。

3. 事件循环的诞生

为了实现异步编程，JavaScript 引入了事件循环机制。事件循环允许 JavaScript 在等待异步任务完成的同时执行其他任务，从而更好地响应用户操作和处理复杂的应用逻辑。

现在我们理解了JavaScript 单线程的基础特性以及异步编程的动机。现在就让我们开始深入探讨线程、进程和异步编程的机制吧！

一、进程和线程

理解 JavaScript 中的线程和进程是深入学习异步编程的关键。在 JavaScript 中，这些概念与浏览器中的标签页密切相关。

进程

1. 进程是操作系统资源分配的最小单位

在计算机中，进程是操作系统分配资源的最小单位。每个进程都有独立的内存空间、文件句柄等。这种隔离确保了一个进程的崩溃不会影响其他进程的稳定性。

通俗来讲：进程就是CPU运行指令和保存上下文所需要的时间。

2. 进程的特性和优势

资源隔离： 每个进程有自己的内存空间，不同进程之间不会直接共享数据。这种隔离提高了系统的稳定性。
独立执行： 进程之间是独立执行的，一个进程的崩溃不会影响其他进程。
文件共享： 进程可以通过文件进行通信，实现数据的共享。

在浏览器中，每个标签页通常运行在独立的进程中，这种多进程架构提高了浏览器的稳定性和安全性。每个进程中包含多个线程，分工合作以完成页面的加载和渲染。

线程

1. 线程是进程中的执行单元

线程是进程中的执行单元，一个进程可以包含多个线程。线程共享进程的资源，包括内存空间和文件句柄等。这使得线程之间的通信相对容易，但也需要注意同步和互斥的问题。

举个栗子：在浏览器中，每个标签页通常运行在一个独立的进程中。这个进程中包含多个线程，每个线程负责不同的任务，例如：

渲染线程（GPU）： 负责将 HTML、CSS 和 JavaScript 转换成可视化的页面，利用 GPU 加速渲染。
HTTP 请求线程： 负责处理网络请求，从服务器获取资源。
JavaScript 引擎线程： 负责执行 JavaScript 代码。

通俗来讲：线程就是进程中更小的单位，描述了一段指令执行所需要的时间

2. 线程之间的通信和共享资源

线程之间的通信和资源共享是多线程编程中需要特别关注的问题。由于线程共享相同的地址空间，因此需要使用同步机制来确保数据的一致性。常见的同步机制包括锁、信号量等。

但是在 JavaScript 中，由于单线程的特性，不存在线程之间的竞争条件，所以单线程就没有🔒（LOCK）的概念，这样虽然节省了上下文切换的时间，但是却丧失了同步机制来确保数据的一致性。然而，在 Web Workers 中，JavaScript 提供了一种多线程的解决方案，允许在后台执行脚本以进行并行计算。

二、异步编程

在 JavaScript 中，异步编程是处理非阻塞操作的关键。通过引入宏任务和微任务的概念，以及事件循环机制，JavaScript 可以在等待异步操作完成的同时继续执行其他任务。那么现在就让我们深入了解异步编程的核心机制吧。

宏任务与微任务

在事件循环中，任务分为两种：宏任务（Macrotask）和微任务（Microtask）。

宏任务包括: script 标签中的代码、定时器、I/O 操作等

微任务包括: promise.then 方法、MutationObserver、Process.nextTick（在 Node.js 中）等。

1. 宏任务（Macrotask）

宏任务是由浏览器提供的异步任务，包括 script 标签中的代码、定时器(setTimeout)、I/O 操作和 UI 渲染等。宏任务会被依次推入宏任务队列，按照顺序执行。

2. 微任务（Microtask）

微任务是在当前任务执行完成后立即执行的任务，包括 promise.then 方法、MutationObserver 和 Process.nextTick（在 Node.js 中）。微任务会在宏任务执行前被处理。

事件循环（Event Loop）

异步操作将被分发到宏任务队列和微任务队列中，然后由事件循环按照特定的顺序执行：

执行同步代码（宏任务）：事件循环的执行过程始于同步代码的执行。从调用栈中执行同步任务，这其实就相当于开启第一轮的宏任务。

查询异步代码并执行微任：当执行栈为空时，事件循环会查询是否有异步代码需要执行。如果有，将执行微任务队列中的任务。

渲染页面：在执行微任务后，如果需要，会渲染页面。这一步通常发生在宏任务执行前，以确保用户界面的及时响应。

执行宏任务：最后，事件循环会执行宏任务队列中的任务。这个过程就是事件循环的一个完整轮回。执行完宏任务后，再次查询是否有微任务需要执行，依此类推。

解析异步编程执行过程

在了解了JavaScript中异步编程的核心机制：宏任务、微任务、事件循环机制后，让我们通过解析下面的代码，深入了解宏任务、微任务以及事件循环的工作原理。

Promise/Then

js 复制代码

console.log('start');

setTimeout(() => {
    console.log('setTimeout');
    setTimeout(() => {
        console.log('inner');
    });
    console.log('end');
}, 1000);

new Promise((resolve, reject) => {
    console.log('Promise');
    resolve()
})
.then(() => {
    console.log('then1');
})
.then(() => {
    console.log('then2');
})

同步任务的执行 :代码开始执行，首先是同步任务。console.log('start') 输出 'start'。

宏任务的处理 :接下来，遇到了一个定时器 setTimeout，它是一个宏任务。它会被放入宏任务队列，并在当前宏任务执行完成后，等待 1000 毫秒后执行。

微任务的处理 :然后，遇到了一个 Promise 构造函数，因为它是一个同步任务，所以会先执行console.log('Promise') 输出 'Promise'，然后 resolve() 触发了两个 .then() 方法，它们都是微任务，被放入微任务队列。

执行微任务 :到这里第一轮宏任务中的同步任务就执行完了，于是开始执行微任务。执行微任务队列中的任务有两个 .then() 方法分别输出 'then1' 和 'then2'。

执行定时器的回调 :经过一段时间（1000 毫秒），定时器的回调函数执行，也就是开启第二轮宏任务。console.log('setTimeout') 输出 'setTimeout'，接着设置了一个嵌套的 setTimeout，这个定时器也被推入宏队伍队列中，然后输出 'end'。

执行嵌套的 setTimeout 回调 :嵌套的 setTimeout 回调是一个宏任务，会在下一个事件循环中执行，也就是是开启了第三轮宏任务，最后执行console.log('inner') 输出 'inner'。

最终的输出顺序如下：

node 复制代码

start
Promise
then1
then2
setTimeout
end
inner

Async/Await

虽然JavaScript更新了Promie承诺语句来处理回调地狱，但是一连串的.then执行起来也略微显得不是很完美，所以在大家的强烈建议下后续官方又新推出了一种新的语法糖------------Async/Await。那么话不多嗦，让我们借助下面的例子，深入理解 Async/Await 在事件循环中的执行流程。

js 复制代码

function A (){
    return new Promise((resolve,reject) =>{
        setTimeout(() => {
            console.log('异步A完成');
            resolve()
        }, 1000);
    })
}

function B (){
    return new Promise((resolve,reject) =>{
        setTimeout(() => {
            console.log('异步B完成');
            resolve()
        }, 500);
    })
}

function C (){
    return new Promise((resolve,reject) =>{
        setTimeout(() => {
            console.log('异步C完成');
            resolve()
        }, 100);
    })

}

async function foo(){
    await A()   //await 会阻塞后续代码，将后续代码推入微任务队列
    console.log(1);
    await B()
    await C()
}

foo()

foo 函数的调用
- foo 函数被调用，进入执行栈。
await A()
- 遇到 await A()，A() 返回的 Promise 进入等待状态。
- await 会将后续代码（console.log(1); await B(); await C();）封装成微任务，推入微任务队列。
控制权交还给事件循环
- 当前宏任务（执行 foo 函数）执行完毕，控制权交还给事件循环。
执行微任务队列
- 微任务队列中有 console.log(1); await B(); await C();。
- 执行 console.log(1) 输出 '1'。
执行宏任务队列中的 foo 函数的下一部分
- await B()：遇到 await B()，B() 返回的 Promise 进入等待状态。
- await 会将后续代码（await C();）封装成微任务，推入微任务队列。
控制权交还给事件循环
- 当前宏任务（执行 foo 函数的一部分）执行完毕，控制权交还给事件循环。
执行微任务队列
- 微任务队列中有 await C();。
- 执行 await C()：遇到 await C()，C() 返回的 Promise 进入等待状态。
控制权交还给事件循环
- 当前宏任务（执行 foo 函数的一部分）执行完毕，控制权交还给事件循环。
执行微任务队列
- 微任务队列中没有任务了。
执行宏任务队列中的 foo 函数的下一部分
- 执行完 await C() 后续的代码。

最终输出：

node 复制代码

异步A完成
1
异步B完成
异步C完成

终极面试题来啦

在经历过前面风雨的洗刷后，让我们来看下面这个面试题，你觉得结果会是输出什么？

js 复制代码

console.log('script start') //A
async function async1() {
    await async2() 
    console.log('async1 end')//B
}
async function async2() {
    console.log('async2 end')//C
}
async1()
setTimeout(function () {
    console.log('setTimeout')//D
}, 0)
new Promise(resolve => {
    console.log('Promise')//E
    resolve()
})
    .then(function () {
        console.log('promise1')//F
    })
    .then(function () {
        console.log('promise2')//G
    })
console.log('script end')//H

需要注意的是，按照我们之前的思路推导出来的结果和实际运行的结果却不同，这是为什么呢？其实我们的思路并没有错误，按以前老版本的await语法糖来分析输出结果确实是和我们想的一样，但是现在新版本的await可以说是提速了，总结来说就是 await代码又成同步代码了 ，不过await依旧还会阻塞后续代码，让它后面的代码进入微任务队列。

那么下面让我们一起来分析一下await更新后这段代码的执行过程是怎么样的吧~

首先执行A打印出script start，然后调用async1()，在async1()函数里面await async2()会被直接当成同步代码执行，所以直接调用async2()然后打印出 async2 end，但是await async2()后面的代码会被推入到微任务队列中，接着执行到定时器，于是定时器里面的这个函数会被推入到宏任务队列，再接着就是一个Promise同步函数的执行，直接打印出Promise，后面就是两个.then语句依次被推入到微任务队列中，最后同步任务中只剩下H，于是打印出script end，然后再执行微任务队列：

JS 复制代码

G=>F=>B

依次打印出

JS 复制代码

async1 end
promise1
promise2

微任务队列执行完后，再来到宏任务队列：

于是开启新一轮宏任务，最后执行打印出setTimeout

所以最终的打印结果就是

总结来说，JS中的事件循环机制其实就是先执行同步代码，如果有异步代码，就会将其分类成异步宏任务和异步微任务，并将其入入其相应的队列中，当同步代码全部执行完毕就会去执行微任务队列，接着执行宏任务队列并开启新一轮宏任务。需要注意的是，面试官有可能会问你这样一个问题：微任务一定在宏任务之前执行吗？

答案是并不是这样的，因为例如当浏览器读到这个标签时就会开启一轮宏任务，这个时候宏任务就比微任务先执行。

结语

那么到了这里我们今天的文章就结束啦~

创作不易，如果感觉这个文章对你有帮助的话，点个赞吧♥

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JavaScript的单线程模型 常年唱衰却经久不衰 为了扬长避短它做了哪些操作？

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JavaScript 单线程特性的基础概念

1. 单线程执行模型

2. 事件驱动的设计

异步编程的出现和背景

1. 处理网络请求和I/O

2. 提高程序性能

3. 事件循环的诞生

一、 进程和线程

进程

1. 进程是操作系统资源分配的最小单位

2. 进程的特性和优势

线程

1. 线程是进程中的执行单元

2. 线程之间的通信和共享资源

二、 异步编程

宏任务与微任务

1. 宏任务（Macrotask）

2. 微任务（Microtask）

事件循环（Event Loop）

解析异步编程执行过程

Promise/Then

Async/Await

终极面试题来啦

结语

那么到了这里我们今天的文章就结束啦~

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一、进程和线程

二、异步编程