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一般情况下,同步编程,代码按序依次执行,能很好的保证程序的执行,但是在某些场景下,比如读取文件内容,或请求服务器接口数据,需要根据返回的数据内容执行后续操作,读取文件和请求接口直到数据返回这一过程是需要时间的,网络越差,耗费时间越长,如果按照同步编程方式实现,在等待数据返回这段时间,JavaScript是不能处理其他任务的,此时页面的交互,滚动等任何操作也都会被阻塞,这显然是及其不友好,不可接受的,而这正是需要异步编程大显身手的场景,如下图,耗时任务A会阻塞任务B的执行,等到任务A执行完才能继续执行B: 当使用异步编程时,在等待当前任务的响应返回之前,可以继续执行后续代码,即当前执行任务不会阻塞后续执行。
多线程前面说明了异步编程能很好的解决同步编程阻塞的问题,那么实现异步的方式有哪些呢?通常实现异步方式是多线程,如C#, 即同时开启多个线程,不同操作能并行执行,如下图,耗时任务A执行的同时,在线程二中任务B也可以执行: JavaScript单线程JavaScript语言执行环境是单线程的,单线程在程序执行时,所走的程序路径按照连续顺序排下来,前面的必须处理好,后面的才会执行,而使用异步实现时,多个任务可以并发执行。那么JavaScript的异步编程如何实现呢,下一节将详细阐述其异步机制。 并行与并发前文提到多线程的任务可以并行执行,而JavaScript单线程异步编程可以实现多任务并发执行,这里有必要说明一下并行与并发的区别。 并行,指同一时刻内多任务同时进行; 并发,指在同一时间段内,多任务同时进行着,但是某一时刻,只有某一任务执行; 通常所说的并发连接数,是指浏览器向服务器发起请求,建立TCP连接,每秒钟服务器建立的总连接数,而假如,服务器处10ms能处理一个连接,那么其并发连接数就是100。 JavaScript异步机制 本节介绍JavaScript异步机制,首先来看一个例子: for (var i = 0; i < 5; i ++) { setTimeout(function(){ console.log(i); }, 0); } console.log(i); //5 ; 5 ; 5 ; 5; 5 应该明白最后输出的全是5: i在此处是for循环所在上下文环境的变量,有且只有一个i; 循环结束时i==5; JavaScript单线程事件处理器在线程空闲前不会执行下一事件。 如上面第三点所述,如果要真正理解以上例子中的setTimeout(),及JavaScript异步机制,需要理解JavaScript的事件循环和并发模型。 并发模型(Concurrency model) 目前,我们已经知道,JavaScript执行异步任务时,不需要等待响应返回,可以继续执行其他任务,而在响应返回时,会得到通知,执行回调或事件处理程序。那么这一切具体是如何完成的,又以什么规则或顺序运作呢?接下来我们需要解答这个问题。 注:回调和事件处理程序本质上并无区别,只是在不同情况下,不同的叫法。 前文已经提到,JavaScript异步编程使得多个任务可以并发执行,而实现这一功能的基础是JavScript拥有一个基于事件循环的并发模型。 堆栈与队列介绍JavaScript并发模型之前,先简单介绍堆栈和队列的区别: 堆(heap):内存中某一未被阻止的区域,通常存储对象(引用类型); 栈(stack):后进先出的顺序存储数据结构,通常存储函数参数和基本类型值变量(按值访问); 队列(queue):先进先出顺序存储数据结构。 事件循环(Event Loop)JavaScript引擎负责解析,执行JavaScript代码,但它并不能单独运行,通常都得有一个宿主环境,一般如浏览器或Node服务器,前文说到的单线程是指在这些宿主环境创建单一线程,提供一种机制,调用JavaScript引擎完成多个JavaScript代码块的调度,执行(是的,JavaScript代码都是按块执行的),这种机制就称为事件循环(Event Loop)。 注:这里的事件与DOM事件不要混淆,可以说这里的事件包括DOM事件,所有异步操作都是一个事件,诸如ajax请求就可以看作一个request请求事件。 JavaScript执行环境中存在的两个结构需要了解: 消息队列(message queue),也叫任务队列(task queue):存储待处理消息及对应的回调函数或事件处理程序; 执行栈(execution context stack),也可以叫执行上下文栈:JavaScript执行栈,顾名思义,是由执行上下文组成,当函数调用时,创建并插入一个执行上下文,通常称为执行栈帧(frame),存储着函数参数和局部变量,当该函数执行结束时,弹出该执行栈帧; 注:关于全局代码,由于所有的代码都是在全局上下文执行,所以执行栈顶总是全局上下文就很容易理解,直到所有代码执行完毕,全局上下文退出执行栈,栈清空了;也即是全局上下文是第一个入栈,最后一个出栈。 任务分析事件循环流程前,先阐述两个概念,有助于理解事件循环:同步任务和异步任务。 任务很好理解,JavaScript代码执行就是在完成任务,所谓任务就是一个函数或一个代码块,通常以功能或目的划分,比如完成一次加法计算,完成一次ajax请求;很自然的就分为同步任务和异步任务。同步任务是连续的,阻塞的;而异步任务则是不连续,非阻塞的,包含异步事件及其回调,当我们谈及执行异步任务时,通常指执行其回调函数。 事件循环流程关于事件循环流程分解如下: 宿主环境为JavaScript创建线程时,会创建堆(heap)和栈(stack),堆内存储JavaScript对象,栈内存储执行上下文; 栈内执行上下文的同步任务按序执行,执行完即退栈,而当异步任务执行时,该异步任务进入等待状态(不入栈),同时通知线程:当触发该事件时(或该异步操作响应返回时),需向消息队列插入一个事件消息; 当事件触发或响应返回时,线程向消息队列插入该事件消息(包含事件及回调); 当栈内同步任务执行完毕后,线程从消息队列取出一个事件消息,其对应异步任务(函数)入栈,执行回调函数,如果未绑定回调,这个消息会被丢弃,执行完任务后退栈; 当线程空闲(即执行栈清空)时继续拉取消息队列下一轮消息(next tick,事件循环流转一次称为一次tick)。 使用代码可以描述如下: var eventLoop = []; var event; var i = eventLoop.length - 1; // 后进先出 while(eventLoop[i]) { event = eventLoop[i--]; if (event) { // 事件回调存在 event(); } // 否则事件消息被丢弃 } 这里注意的一点是等待下一个事件消息的过程是同步的。 并发模型与事件循环var ele = document.querySelector(ody); function clickCb(event) { console.log(clicked); } function bindEvent(callback) { ele.addEventListener(click, callback); } bindEvent(clickCb); 针对如上代码我们可以构建如下并发模型: 如上图,当执行栈同步代码块依次执行完直到遇见异步任务时,异步任务进入等待状态,通知线程,异步事件触发时,往消息队列插入一条事件消息;而当执行栈后续同步代码执行完后,读取消息队列,得到一条消息,然后将该消息对应的异步任务入栈,执行回调函数;一次事件循环就完成了,也即处理了一个异步任务。 再谈setTimeout(…0)了解了JavaScript事件循环后我们再看前文关于
再看一个实例: var start = +new Date(); var arr = []; setTimeout(function(){ console.log( ime: + (new Date().getTime() - start)); },10); for(var i=0;i<=1000000;i++){ arr.push(i); } 执行多次输出如下: 在 在读取消息队列的消息时,得等同步任务完成,这个是需要耗费时间的; 消息队列先进先出原则,读取此异步事件消息之前,可能还存在其他消息,执行也需要耗时; 所以异步执行时间不精确是必然的,所以我们有必要明白无论是同步任务还是异步任务,都不应该耗时太长,当一个消息耗时太长时,应该尽可能的将其分割成多个消息。 Web Workers每个Web Worker或一个跨域的iframe都有各自的堆栈和消息队列,这些不同的文档只能通过postMessage方法进行通信,当一方监听了message事件后,另一方才能通过该方法向其发送消息,这个message事件也是异步的,当一方接收到另一方通过postMessage方法发送来的消息后,会向自己的消息队列插入一条消息,而后续的并发流程依然如上文所述。 JavaScript异步实现 关于JavaScript的异步实现,以前有:回调函数,发布订阅模式,Promise三类,而在ES6中提出了生成器(Generator)方式实现,关于回调函数和发布订阅模式实现可参见另一篇文章,后续将推出一篇详细介绍Promise和Generator。 本内容不代表本网观点和政治立场,如有侵犯你的权益请联系我们处理。
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