JS运行机制之 Event Loop 的思考

先举个栗子，如下：

for (var i = 0; i < 5; i++) {

    setTimeout(function() {

        console.log('i: ',i);        //一秒之后输出几乎没有时间间隔依次输出5个5

    }, 1000);

}

console.log(i);                      //立即输出5

想必很多人看到立马能看出答案吧，但是为什么定时器不能依次打印出0, 1,2,3,4呢？答案稍后分晓。

那到底怎么才能依次输出我们想要的结果呢？大家可能都想到是利用闭包，或者是利ES6中的let声明，再或者可以用Promise, 如果还不过瘾就用ES7 的async或者await; 如下，但是今天我们主要不讲这个。

//利用闭包

for (var i = 0; i < 5; i++) {

    (function(i) {

        setTimeout(function() {

            console.log(i);   //0,1,2,3,4

        }, 1000);

    })(i);

}

console.log( i);             //5

//let

for (let i = 0; i < 5; i++) {

    setTimeout(function() {

        console.log (i);

    }, 1000);        //0 ,1,2,3,4

}

console.log( i);     //这里会报错,因为let声明的块级作用域，外面是拿不到这个i的，使用没有声明的变量当然会报错啦

一、为什么js是单线程？

大家都知道js不同于其他语言，它是单线程的。那么问题来了，为什么不是多线程呢？按道理来说多线程不是能够同时解决问题提高效率么？除了多线程产生冲突、抢占资源等答案，还可以是什么呢？

其实，这跟它作为浏览器脚本语言的用途有关，浏览器的脚本语言主要的用途是用来与用户互动，会产生DOM的操作，这就是问题的关键，假设js是多线程，有一个线程是删除DOM操作，有个在当前DOM添加内容，这时候浏览器应该怎么办呢？这就决定了js应该被设计成单线程。那js有没有多线程的可能呢？答案是肯定的，HTML5提出的web Worker标准，但是，

“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。所以，这个新标准并没有改变JavaScript单线程的本质” ----阮一峰的一篇博客。

二、 Event Loop 事件循环

因为js是单线程，所以执行时候需要排队，前一个任务结束之后，后一个任务才会执行，那么如果前一个任务执行很久，后面一个任务就要等很久。如果一些等待不是因为CPU计算慢产生的，比如IO设备的使用，那么js会把等待的任务挂起，执行后面的任务，等IO返回结果，再回头执行直线挂起的任务。

这样任务就有了同步任务和异步任务，同步任务是主线程上执行的任务，形成一个执行栈(execution context stack)，是排队进行的。异步任务不是在主线程执行的，是在“任务队列”（Queue）里面，只有当主线程所有同步的任务执行完成，任务队列中的异步任务才会进入主线程，然后被执行。

异步执行机制如下：---阮一峰

可视化描述---MDN

主线程上：

一个函数1被调用了，创建一个堆栈帧，包含了函数1的参数和局部变量，当函数1中又调用了函数2，又创建了一个堆栈帧，此时这个堆栈帧在第一个堆栈帧之前，包含了函数2的参数和局部变量。主线程先执行了至于顶层的堆栈帧（函数2产生的），当函数2返回时，对应的堆栈帧就出栈了，接着继续执行函数1的堆栈帧，直到栈空了。

消息队列：
一个 js运行时包含了一个待处理的消息队列。每一个消息都与一个函数相关联。当栈为空时，从队列中取出一个消息进行处理。这个处理过程包含了调用与这个消息相关联的函数（以及因而创建了一个初始堆栈帧）。当栈再次为空的时候，也就意味着消息处理结束。

添加消息：

在浏览器里，添加事件可以是当一个事件出现且有一个事件监听器被绑定时，消息被随时添加。也可以是在调用setTimeout等函数时候，

在将来的某个时间后在消息对列中添加。

setTimeout：

调用该函数时候会在将来的某个时间后在消息对列中添加一个消息，如果执行栈中有其他任务没有完成（假设有一个很耗时的计算），setTimeout消息必须必须等到执行栈的任务完成才会处理，所以说该函数的第二个参数仅仅表示最少的时间而非确切的时间。

即使你设置零延迟：

 setTimeout(function cb1() {

    console.log(‘我是第二个被执行的’);

  }, 0);

 console.log(‘我是第一个被执行的’);       //先打印这句

事实上，js中规定，定时器的第二个参数设置最少不能小于4ms, 小于的话就按最小的4ms执行。

上图中，主线程运行的时候，产生堆（heap）和栈（stack），栈中的代码调用各种外部API，它们在"任

务队列"中加入各种事件（click，load）。只要栈中的代码执行完毕，主线程就会去读取"任务队列"，依次执行那些事件所对应的回调函数。

三、回头看看开头的栗子

for循环和外面的console.log()是主线程上的同步任务，他们按循序执行，先执行for循环结束（此时i变为5），再执行console.log();

for循环中的setTimeout是在任务队列中，它只有等在前主线程中的栈空了之后，到一个时间才会被被执行，此时作用域中的i已经变为5，此时setTimeout中的回调函数所读取的i就是5了。

还有一个问题？

输出5的时间间隔是多少？答案显而易见是，立即打印一个5，1000ms之后几乎同时输出5个5； why???

正如上面解释的，for循环一次，会在任务队列中加上一个setTimeou任务（该任务是在1000ms后执行回调函数），这样循环结束，任务列表里面就有了5个setTimeou任务，且当主线程中栈空了之后，任务列表就开始进栈，等待1000ms之后执行回调，（注意此时的i变量已经变成5了）所以后面的5个5几乎在同时依次打印出来。

四、任务队列

JS分为同步任务和异步任务;

同步任务都是在主线程上执行，形成一个执行栈;

主线程之后，事件触发线程管理着一个任务队列【宏任务（MacroTask）和微任务（MicroTask）】，只要异步任务有了运行结果，就会往任务队列里面放置一个事件。

一旦执行栈中的所有同步任务执行完毕，此时JS引擎空闲，系统就会读取任务队列，将之前异步任务的结果（事件）添加到可执行栈中，开始执行。

4.1 宏任务

task（又称之为宏任务），可以理解是每次执行栈执行的代码就是一个宏任务（包括每次从事件队列中获取一个事件回调并放到执行栈中执行）。

浏览器为了能够使得JS内部task与DOM任务能够有序的执行，会在一个task执行结束后，在下一个(macro)task 执行开始前，对页面进行重新渲染，流程如下：

task主要包含：script(整体代码)、setTimeout、setInterval、I/O、UI交互事件、postMessage、MessageChannel、setImmediate(Node.js 环境)

4.2微任务

microtask（又称为微任务），可以理解是在当前 task 执行结束后立即执行的任务。也就是说，在当前task任务后，下一个task之前，在渲染之前。

所以它的响应速度相比setTimeout（setTimeout是task）会更快，因为无需等渲染。也就是说，在某一个macrotask执行完后，就会将在它执行期间产生的所有microtask都执行完毕（在渲染前）。

microtask主要包含：Promise.then、MutaionObserver、process.nextTick(Node.js 环境)

4.3运行机制

在事件循环中，每进行一次循环操作称为 tick，但关键步骤如下：

执行所有执行栈中的任务(宏任务)
执行栈中执行过程中如果遇到微任务，就将它添加到微任务的任务队列中
当执行栈空了之后，立即执行当前微任务队列中的所有微任务（依次执行）
当前宏任务执行完毕，开始检查渲染，然后GUI线程接管渲染
渲染完毕后，JS线程继续接管，开始下一个宏任务（从事件队列中获取）