【转载】Javascript里面的线程和异步

JavaScript引擎是单线程运行的,浏览器无论在什么时候都只且只有一个线程在运行JavaScript程序.

参考这篇文章 http://www.ruanyifeng.com/blog/2012/12/asynchronous%EF%BC%BFjavascript.html

Javascript语言的执行环境是"单线程"（single thread）。

所谓"单线程"，就是指一次只能完成一件任务。如果有多个任务，就必须排队，前面一个任务完成，再执行后面一个任务，以此类推。

这种模式的好处是实现起来比较简单，执行环境相对单纯；坏处是只要有一个任务耗时很长，后面的任务都必须排队等着，会拖延整个程序的执行。

常见的浏览器无响应（假死），往往就是因为某一段Javascript代码长时间运行（比如死循环），导致整个页面卡在这个地方，其他任务无法执行。

为了解决这个问题，Javascript语言将任务的执行模式分成两种：同步（Synchronous）和异步（Asynchronous）。

"同步模式"就是上一段的模式，后一个任务等待前一个任务结束，然后再执行，程序的执行顺序与任务的排列顺序是一致的、同步的；

"异步模式"则完全不同，每一个任务有一个或多个回调函数（callback），前一个任务结束后，不是执行后一个任务，而是执行回调函数，后一个任务则是不等前一个任务结束就执行，所以程序的执行顺序与任务的排列顺序是不一致的、异步的。

"异步模式"非常重要。在浏览器端，耗时很长的操作都应该异步执行，避免浏览器失去响应，
最好的例子就是Ajax操作。

在服务器端，"异步模式"甚至是唯一的模式，因为执行环境是单线程的，如果允许同步执行所有http请求，服务器性能会急剧下降，很快就会失去响应。

下面总结了"异步模式"编程的4种方法，理解它们可以让你写出结构更合理、性能更出色、维护更方便的Javascript程序。

一、回调函数

这是异步编程最基本的方法。

假定有两个函数f1和f2，后者等待前者的执行结果。
　　f1();
　　f2();
如果f1是一个很耗时的任务，可以考虑改写f1，把f2写成f1的回调函数。
　　function f1(callback){
　　　　setTimeout(function () {
　　　　　　// f1的任务代码
　　　　　　callback();
　　　　}, 1000);
　　}

执行代码就变成下面这样：
f1(f2);

采用这种方式，我们把同步操作变成了异步操作，f1不会堵塞程序运行，相当于先执行程序的（其他，非f1或f2）主要逻辑，将耗时的操作推迟执行。

回调函数的优点是简单、容易理解和部署，缺点是不利于代码的阅读和维护，各个部分之间高度耦合（Coupling），流程会很混乱，而且每个任务只能指定一个回调函数。

二、事件监听

另一种思路是采用事件驱动模式。任务的执行不取决于代码的顺序，而取决于某个事件是否发生。

还是以f1和f2为例。首先，为f1绑定一个事件（这里采用的jQuery的写法）。

f1.on('done', f2);

上面这行代码的意思是，当f1发生done事件，就执行f2。然后，对f1进行改写：
　　function f1(){
　　　　setTimeout(function () {
　　　　　　// f1的任务代码
　　　　　　f1.trigger('done');
　　　　}, 1000);
　　}

f1.trigger('done')表示，执行完成后，立即触发done事件，从而开始执行f2。

这种方法的优点是比较容易理解，可以绑定多个事件，每个事件可以指定多个回调函数，而且可以"去耦合"（Decoupling），有利于实现模块化。

缺点是整个程序都要变成事件驱动型，运行流程会变得很不清晰。

三、发布/订阅

上一节的"事件"，完全可以理解成"信号"。

我们假定，存在一个"信号中心"，某个任务执行完成，就向信号中心"发布"（publish）一个信号，其他任务可以向信号中心"订阅"（subscribe）这个信号，从而知道什么时候自己可以开始执行。这就叫做"发布/订阅模式"（publish-subscribe pattern），又称"观察者模式"（observer pattern）。

这个模式有多种实现，下面采用的是Ben Alman的Tiny Pub/Sub，这是jQuery的一个插件。

首先，f2向"信号中心"jQuery订阅"done"信号。

　　jQuery.subscribe("done", f2);

然后，f1进行如下改写：
　　function f1(){
　　　　setTimeout(function () {
　　　　　　// f1的任务代码
　　　　　　jQuery.publish("done");
　　　　}, 1000);
　　}

jQuery.publish("done")的意思是，f1执行完成后，向"信号中心"jQuery发布"done"信号，从而引发f2的执行。
此外，f2完成执行后，也可以取消订阅（unsubscribe）。
　　jQuery.unsubscribe("done", f2);

这种方法的性质与"事件监听"类似，但是明显优于后者。

因为我们可以通过查看"消息中心"，了解存在多少信号、每个信号有多少订阅者，从而监控程序的运行。

四、Promises对象

Promises对象是CommonJS工作组提出的一种规范，目的是为异步编程提供统一接口。

简单说，它的思想是，每一个异步任务返回一个Promise对象，该对象有一个then方法，允许指定回调函数。

比如，f1的回调函数f2,可以写成：
　　f1().then(f2);

f1要进行如下改写（这里使用的是jQuery的实现）：
　　function f1(){
　　　　var dfd = $.Deferred();
　　　　setTimeout(function () {
　　　　　　// f1的任务代码
　　　　　　dfd.resolve();
　　　　}, 500);
　　　　return dfd.promise;
　　}

这样写的优点在于，回调函数变成了链式写法，程序的流程可以看得很清楚，而且有一整套的配套方法，可以实现许多强大的功能。

比如，指定多个回调函数：

　f1().then(f2).then(f3);

再比如，指定发生错误时的回调函数：

f1().then(f2).fail(f3);

而且，它还有一个前面三种方法都没有的好处：如果一个任务已经完成，再添加回调函数，该回调函数会立即执行。所以，你不用担心是否错过了某个事件或信号。这种方法的缺点就是编写和理解，都相对比较难。

另外有这篇文章做补充：http://www.ruanyifeng.com/blog/2012/12/asynchronous%EF%BC%BFjavascript.html

JavaScript引擎是单线程运行的,浏览器无论在什么时候都只且只有一个线程在运行JavaScript程序.

JavaScript引擎用单线程运行也是有意义的,单线程不必理会线程同步这些复杂的问题,问题得到简化.

那么单线程的JavaScript引擎是怎么配合浏览器内核处理这些定时器和响应浏览器事件的呢?

下面结合浏览器内核处理方式简单说明.

浏览器内核实现允许多个线程异步执行,这些线程在内核制控下相互配合以保持同步.

假如某一浏览器内核的实现至少有三个常驻线程:javascript引擎线程,界面渲染线程,浏览器事件触发线程,除些以外,也有一些执行完就终止的线程,如Http请求线程,这些异步线程都会产生不同的异步事件,下面通过一个图来阐明单线程的JavaScript引擎与另外那些线程是怎样互动通信的.虽然每个浏览器内核实现细节不同,但这其中的调用原理都是大同小异.

上图t1-t2..tn表示不同的时间点,tn下面对应的小方块代表该时间点的任务.

由图可看出,浏览器中的JavaScript引擎是基于事件驱动的,这里的事件可看作是浏览器派给它的各种任务,

这些任务可以源自 JavaScript引擎当前执行的代码块,如调用setTimeout添加一个任务,也可来自浏览器内核的其它线程,如界面元素鼠标点击事件,定时触发器时间到达通知,异步请求状态变更通知等.

从代码角度看来任务实体就是各种回调函数,JavaScript引擎一直等待着任务队列中任务的到来.由于单线程关系,这些任务得进行排队,一个接着一个被引擎处理.

假设现在是t1时刻,引擎运行在t1对应的任务方块代码内,在这个时间点内,我们来描述一下浏览器内核其它线程的状态.

t1时刻:

GUI渲染线程:

该线程负责渲染浏览器界面HTML元素,当界面需要重绘(Repaint)或由于某种操作引发回流(reflow)时,该线程就会执行.本文虽然重点解释JavaScript定时机制,但这时有必要说说渲染线程,因为该线程与JavaScript引擎线程是互斥的,这容易理解,因为 JavaScript脚本是可操纵DOM元素,在修改这些元素属性同时渲染界面,那么渲染线程前后获得的元素数据就可能不一致了. 

在JavaScript引擎运行脚本期间,浏览器渲染线程都是处于挂起状态的,也就是说被”冻结”了. 

所以,在脚本中执行对界面进行更新操作,如添加结点,删除结点或改变结点的外观等更新并不会立即体现出来,这些操作将保存在一个队列中,待JavaScript引擎空闲时才有机会渲染出来. 

GUI事件触发线程:

JavaScript脚本的执行不影响html元素事件的触发,在t1时间段内,首先是用户点击了一个鼠标键,点击被浏览器事件触发线程捕捉后形成一个鼠标点击事件,由图可知,对于JavaScript引擎线程来说,这事件是由其它线程异步传到任务队列尾的,由于引擎正在处理t1时的任务,这个鼠标点击事件正在等待处理. 

定时触发线程:

注意这里的浏览器模型定时计数器并不是由JavaScript引擎计数的,因为JavaScript引擎是单线程的,如果处于阻塞线程状态就计不了时,它必须依赖外部来计时并触发定时,所以队列中的定时事件也是异步事件. 

可见,假如时间段t1非常长,远大于setInterval的定时间隔,那么定时触发线程就会源源不断的产生.

t1过后,也就是说当前处理的任务已返回,JavaScript引擎会检查任务队列,发现当前队列非空,就取出t2下面对应的任务执行,其它时间依此类推.

案例进行分析:

案例1:setTimeout与setInterval

setTimeout(function(){
/* 代码块... */
setTimeout(arguments.callee, 10);
}, 10); 

setInterval(function(){
/*代码块... */
}, 10); 

这两段代码看一起效果一样,其实非也.

第一段中回调函数内的setTimeout是JavaScript引擎执行后再设置新的setTimeout 定时, 假定上一个回调处理完到下一个回调开始处理为一个时间间隔,理论两个setTimeout回调执行时间间隔>=10ms .

第二段自setInterval设置定时后,定时触发线程就会源源不断的每隔十秒产生异步定时事件并放到任务队列尾,理论上两个setInterval 回调执行时间间隔<=10. 

案例2:ajax异步请求是否真的异步?

既然说JavaScript是单线程运行的,那么XMLHttpRequest在连接后是否真的异步? 
其实请求确实是异步的,不过这请求是由浏览器新开一个线程请求(参见上图),当请求的状态变更时,如果先前已设置回调,这异步线程就产生状态变更事件放到 JavaScript引擎的处理队列中等待处理,当任务被处理时,JavaScript引擎始终是单线程运行回调函数,具体点即还是单线程运行 onreadystatechange所设置的函数.

(完)