JavaScript异步编程——01-单线程和异步任务

单线程

JS 是单线程的

JavaScript 语言的执行是单线程的。即同一时间，只能处理一个任务。

具体来说，所谓单线程，是指 JS 引擎中负责解释和执行 JavaScript 代码的线程只有一个，即同一时间，只能处理一个任务。这个任务执行完后才能执行下一个。所有的任务都需要排队。

JS 为何要被设计为单线程呢？原因如下：

首先是历史原因，在最初设计 JS 这门语言时，多进程、多线程的架构并不流行，硬件支持并不好。
其次是因为多线程的复杂性，多线程操作需要加锁，编码的复杂性会增高。
而且，如果多个线程同时操作同一个 DOM，在多线程不加锁的情况下，会产生冲突，最终会导致 DOM 渲染的结果不符预期。

所以，为了避免这些复杂问题的出现，JS 被设计成了单线程语言。

浏览器是多进程、多线程的

JS代码在执行时有它的运行环境（也称之为"容器"），这个运行环境可以是浏览器，也可以是 Node.js 环境。

浏览器是多进程的，每打开一个新的 tab 标签页就会开启一个新的进程。每个进程之间是独立的，这是为了防止一个页面卡死而造成所有页面都无法响应，甚至整个浏览器强制退出。

每个进程中有很多个线程 ，其中有一个专门执行JS代码的线程，所以我们常说JS是单线程的，这没有说错。从JS语言的角度看，我们把这个线程称为"主线程"。

如果JS正在执行某个耗时的任务，则当前的线程会被阻塞，那应该怎么办呢？

实际上，耗时的任务并不是在主线程中执行的。因为浏览器的当前进程中有很多个线程，我们可以把耗时任务交给浏览器的其它线程来协助处理，然后在特定的时机通知主线程，该任务则会进入主线程同步完成。

比如，现在有一个三秒延迟的定时器任务。计时工作是交给浏览器的其他线程完成的，等三秒时间到了之后，通知JS主线程，该任务进入主线程进行同步执行。

同步任务和异步任务

定义

当前正在执行的任务，如果没有执行完成，它可能会阻塞其他正在排队的任务。为了解决这个问题，JS 在设计之初，将任务分成了两类：同步任务、异步任务。

同步任务：在主线程上排队执行的任务。只有当前任务执行完毕，才能执行下一个任务。当前任务在没有得到结果之前，不会继续后续操作。
异步任务：不进入主线程、而是进入任务队列（Event Queue）的任务，该任务无论有没有得到结果，都不会阻塞后续任务的执行。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。

代码举例：

复制代码

 console.log('同步任务1');
 
 setTimeout(() => {
     console.log('异步任务');
 }, 1000);
 
 console.log('同步任务2');

打印结果是：

复制代码

 同步任务1
 同步任务2
 异步任务

代码解释：第一行代码是同步任务，会立即执行 ；定时器里的回调函数是异步任务，需要等 1 秒后才会执行。假如定时器里的代码是同步任务，那需要等待1秒后，才能执行最后一行代码console.log('同步任务2')，也就是造成了主线程里的同步任务阻塞，这不是我们希望看到的。

比如说，网络图片的请求，就是一个异步任务。前端如果同时请求多张网络网络图片，谁先请求完成就让谁先显示出来。假如网络图片的请求做成同步任务，那就会出大问题，所有图片都得排队加载，如果第一张图片未加载完成，就得卡在那里，造成阻塞，导致其他图片都加载不出来。页面看上去也会很卡顿，这肯定是不能接受的。

前端使用异步编程的场景

什么时候需要等待，就什么时候用异步。常见的异步场景如下：

1、事件监听（比如说，按钮绑定点击事件之后，用户爱点不点。我们不可能卡在按钮那里，什么都不做。所以，应该用异步）
2、回调函数：
- 2.1、定时器：setTimeout（定时炸弹）、setInterval（循环执行）
- 2.2、ajax请求。
- 2.3、Node.js：FS文件读写、数据库操作。
3、ES6 中的 Promise、Generator、async/await

现在的大部分软件项目，都是前后端分离的。后端生成接口，前端请求接口。前端发送 ajax 请求，向后端请求数据，然后等待一段时间后，才能拿到数据。这个请求过程就是异步任务。

接口调用的方式

js 中常见的接口调用方式，有以下几种：

原生 ajax、基于 jQuery 的 ajax
Promise
Fetch
axios

后续文章，我们会重点讲一下接口调用里的 Ajax，然后在 ES6 语法中学习 Promise。在这之前，我们需要先了解同步任务、异步任务的事件循环机制。

多次异步调用的顺序

多次异步调用的结果，顺序可能不同步。
异步调用的结果如果存在依赖，则需要通过回调函数进行嵌套。

定时器：代码示例

掌握了上面的事件循环原理之后，我们来看几个例子。

举例 1

复制代码

 console.log(1);
 
 setTimeout(() => {
     console.log(2);
 }, 1000);
 console.log(3);
 console.log(4);

打印结果：

复制代码

解释：先等同步任务执行完成后，再执行异步任务。

举例 2（重要）

如果我把上面的等待时间，从 1 秒改成 0 秒，你看看打印结果会是什么。

复制代码

 console.log(1);
 
 setTimeout(() => {
     console.log(2);
 }, 0);
 console.log(3);
 console.log(4);

打印结果：

复制代码

可以看到，打印结果没有任何变化，这个题目在面试中经常出现，考的就是 setTimeout(()=> {}, 0)会在什么时候执行。这就需要我们了解同步任务、异步任务的执行顺序，即前面讲到的事件循环机制。

解释：先等同步任务执行完成后，再执行异步任务。

同理，我们再来看看下面这段伪代码：

复制代码

 setTimeout(() => {
     console.log('异步任务');
 }, 2000);
 
 // 伪代码
 sleep(5000); //表示很耗时的同步任务

上面的代码中，异步任务不是 2 秒之后执行，而是等耗时的同步任务执行完毕之后，才执行。那这个异步任务，是在 5 秒后执行？还是在 7 秒后执行？这个作业，留给读者你来思考~

举例 3（较真系列）

复制代码

 setTimeout(() => {
     console.log('异步任务');
 }, 1000);

上面的代码中，等到 1 秒之后，真的会执行异步任务吗？其实不是。

在浏览器中， setTimeout()/ setInterval() 的每调用一次定时器的最小时间间隔是4毫秒，这通常是由于函数嵌套导致（嵌套层级达到一定深度），或者是由于已经执行的 setInterval 的回调函数阻塞导致的。

上面的案例中，异步任务需要等待 1004 毫秒之后，才会从 Event Table 进入到 Event Queue。这在面试中也经常被问到。

异步任务举例

例 1：加载图片

// 加载图片的异步任务
function loadImage(file, success, fail) {
    const img = new Image();
    img.src = file;
    img.onload = () => {
        // 图片加载成功
        success(img);
    };
    img.onerror = () => {
        // 图片加载失败
        fail(new Error('img load fail'));
    };
}

loadImage(
    'images/qia nguyihao.png',
    (img) => {
        console.log('图片加载成功');
        document.body.appendChild(img);
        img.style.border = 'solid 2px red';
    },
    (error) => {
        console.log('图片加载失败');
        console.log(error);
    }
);

例 2：定时器计时，移动 DOM 元素

// 函数封装：定义一个定时器，每间隔 delay 毫秒之后，执行 callback 函数
function myInterval(callback, delay = 100) {
    let timeId = setInterval(() => callback(timeId), delay);
}

myInterval((timeId) => {
    // 每间隔 500毫秒之后，向右移动 .box 元素
    const myBox = document.getElementsByClassName('box')[0];
    const left = parseInt(window.getComputedStyle(myBox).left);
    myBox.style.left = left + 20 + 'px';
    if (left > 300) {
        clearInterval(timeId);

        // 每间隔 10 毫秒之后，将 .box 元素的宽度逐渐缩小，直到消失
        myInterval((timeId2) => {
            const width = parseInt(window.getComputedStyle(myBox).width);
            myBox.style.width = width - 1 + 'px';
            if (width <= 0) clearInterval(timeId2);
        }, 10);
    }
}, 200);

参考链接

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