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事件循环机制EventLoop

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Event Loop即事件循环，是解决javaScript单线程运行阻塞的一种机制。

一、EventLoop的相关概念

1、堆（Heap）

堆表示一大块非结构化的内存区域，对象，数据被存放在堆中

2、栈（Stack）

栈在javascript中又称执行栈，调用栈，是一种后进先出的数组结构，
Javascript 有一个 主线程（main thread）和 调用栈(或执行栈call-stack)，主线各所有的任务都会被放到调用栈等待主线程执行。
JS调用栈采用的是后进先出的规则，当函数执行的时候，会被添加到栈的顶部，当执行栈执行完成后，就会从栈顶移出，直到栈内被清空。

举个例子：

function foo(b) {
  var a = 10;
  return a + b + 11;
}

function bar(x) {
var y = 3;
return foo(x * y);
}

console.log(bar(7)); // 返回 42

当调用 bar 时，创建了第一个帧 ，帧中包含了 bar 的参数和局部变量。当 bar 调用 foo 时，第二个帧就被创建，并被压到第一个帧之上，帧中包含了 foo 的参数和局部变量。当 foo 返回时，最上层的帧就被弹出栈（剩下 bar 函数的调用帧 ）。当 bar 返回的时候，栈就空了。
这里的堆栈，是数据结构的堆栈，不是内存中的堆栈（内存中的堆栈，堆存放引用类型的数据，栈存放基本类型的数据）

3、队列（Queue）

队列即任务队列Task Queue，是一种先进先出的一种数据结构。在队尾添加新元素，从队头移除元素。

二、同步任务和异步任务

javascript是单线程。单线程就意味着，所有任务需要排队，前一个任务结束，才会执行后一个任务。如果前一个任务耗时很长，后一个任务就不得不一直等着。
于是js所有任务分为两种：同步任务，异步任务
同步任务是调用立即得到结果的任务，同步任务在主线程上排队执行的任务，只有前一个任务执行完毕，才能执行后一个任务；

异步任务是调用无法立即得到结果，需要额外的操作才能预期结果的任务，异步任务不进入主线程、而进入"任务队列"（task queue）的任务，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。
JS引擎遇到异步任务（DOM事件监听、网络请求、setTimeout计时器等），会交给相应的线程单独去维护异步任务，等待某个时机（计时器结束、网络请求成功、用户点击DOM），然后由 事件触发线程 将异步对应的 回调函数 加入到消息队列中，消息队列中的回调函数等待被执行。

具体来说，异步运行机制如下：

  • （1）所有同步任务都在主线程上执行，形成一个[执行栈]

  • （2）主线程之外，还存在一个"任务队列"（task queue）。只要异步任务有了运行结果，就在"任务队列"之中放置一个事件。

  • （3）一旦"执行栈"中的所有同步任务执行完毕，系统就会读取"任务队列"，看看里面有哪些事件。那些对应的异步任务，于是结束等待状态，进入执行栈，开始执行。

  • （4）主线程不断重复上面的第三步。

主线程从"任务队列"中读取事件，这个过程是循环不断的，所以整个的这种运行机制又称为Event Loop（事件循环）


举个例子

console.log('script start')

setTimeout(() => {
console.log(‘timer 1 over’)
}, 1000)

setTimeout(() => {
console.log(‘timer 2 over’)
}, 0)

console.log(‘script end’)

// script start
// script end
// timer 2 over
// timer 1 over

timer 2 over0毫秒后添加到任务队列队尾，timer 1 over1秒添加到任务队列队尾，等待主线程任务执行完，从队头依次执行任务队列中的任务

三、宏任务和微任务

同步和异步的执行机制在ES5的情况下够用了，但是ES6会有一些问题。
Promise同样是用来处理异步的：

console.log('script start')

setTimeout(function() {
console.log(‘timer over’)
}, 0)

Promise.resolve().then(function() {
console.log(‘promise1’)
}).then(function() {
console.log(‘promise2’)
})

console.log(‘script end’)

// script start
// script end
// promise1
// promise2
// timer over

"promise 1" "promise 2" 在 "timer over" 之前打印了？
这里有一个新概念：macrotask（宏任务） 和 microtask（微任务）。

所有任务分为宏任务（macrotask ）和微任务（microtask ） 两种。
MacroTask（宏任务）：* script全部代码、setTimeout、setInterval、setImmediate（浏览器暂时不支持，只有IE10支持，具体可见MDN）、I/O、UI Rendering。

MicroTask（微任务）：* Process.nextTick（Node独有）、Promise、Object.observe(废弃)、MutationObserver（具体使用方式查看这里）

在挂起任务时，JS 引擎会将所有任务按照类别分到这两个队列中，首先在 宏任务 的队列中取出第一个任务，执行完毕后取出 微任务 队列中的所有任务顺序执行；之后再取 宏任务，周而复始，直至两个队列的任务都取完。

给个图加深理解


Event Loop

四、异步编程的几种方法

1、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。
如果f1是一个很耗时的任务，可以把f2写成f1的回调函数。

function f1(callback){

　　setTimeout(function () {

// f1的任务代码

　　　　callback();

}, 1000);

}
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，而回调函数有一个致命的弱点，就是容易写出回调地狱

2、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）。

function f1(){
    setTimeout(function () {
    　　// f1的任务代码
        f1.trigger('done');  // 执行完成后，立即触发done事件，从而开始执行f2
    }, 1000);
}
f1.on('done', f2);    // 当f1发生done事件，就执行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。

3、发布/订阅

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。

jQuery.subscribe("done", f2);

function f1(){
　　setTimeout(function () {
　　　　// f1的任务代码
　　　　jQuery.publish(“done”) ; // 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。
　　}, 1000);
}

jQuery.unsubscribe(“done”, f2); // f2完成执行后，也可以取消订阅（unsubscribe）

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

4、Promise对象

Promise 是异步编程的一种解决方案，比传统的解决方案——回调函数和事件——更合理和更强大。它由社区最早提出和实现，ES6 将其写进了语言标准，统一了用法，原生提供了Promise对象。

Promise对象有以下两个特点。

（1）对象的状态不受外界影响。
Promise对象代表一个异步操作，有三种状态：Pending（进行中）、Resolved（已完成，又称Fulfilled）和Rejected（已失败）。

只有异步操作的结果，可以决定当前是哪一种状态，任何其他操作都无法改变这个状态

（2）一旦状态改变，就不会再变，任何时候都可以得到这个结果

Promise对象的状态改变，只有两种可能：从Pending变为Resolved和从Pending变为Rejected。

只要这两种情况发生，状态就凝固了，不会再变了，会一直保持这个结果。就算改变已经发生了，你再对Promise对象添加回调函数，也会立即得到这个结果

优点：将异步操作以同步操作的流程表达出来，避免了层层嵌套的回调函数。此外，Promise对象提供统一的接口，使得控制异步操作更加容易。

缺点：首先，无法取消Promise，一旦新建它就会立即执行，无法中途取消。其次，如果不设置回调函数，Promise内部抛出的错误，不会反应到外部。第三，当处于Pending状态时，无法得知目前进展到哪一个阶段（刚刚开始还是即将完成）。

Promise.prototype.then()方法的作用是为 Promise 实例添加状态改变时的回调函数。第一个参数是Resolved状态的回调函数，第二个参数（可选）是Rejected状态的回调函数。

Promise.prototype.catch方法是.then(null, rejection)或.then(undefined, rejection)的别名，用于指定发生错误时的回调函数

var promise = new Promise(function(resolve, reject) {
  // ... some code

if (/* 异步操作成功 */){
resolve(value);
} else {
reject(error);
}
});
// Promise实例生成以后，可以用then方法分别指定Resolved状态和Reject状态的回调函数。
promise.then(function(value) {
// success
}, function(error) {
// failure
});

5、Generator 函数

Generator函数是ES6提供的一种异步编程解决方案，语法行为与传统函数完全不同
Generator函数有多种理解角度：
语法上，Generator函数是一个状态机，封装了多个内部状态。执行Generator函数会返回一个遍历器对象，可以依次遍历Generator函数内部的每一个状态。
形式上，Generator函数是一个普通函数，但是有两个特征。一是，function关键字与函数名之间有一个星号；二是，函数体内部使用yield表达式，定义不同的内部状态。

yield语句

Generator函数返回的遍历器对象，yield语句暂停，调用next方法恢复执行，如果没遇到新的yeild，一直运行到return语句为止，return 后面表达式的值作为返回对象的value值，如果没有return语句，一直运行到结束，返回对象的value为undefined。

function* helloWorldGenerator() {  // Generator 函数,该函数有三个状态：hello，world 和 return 语句
  yield 'hello'; 
  yield 'world'; 
  return 'ending';
}

var hw = helloWorldGenerator();
//Generator 函数的调用，调用后并不执行,而是返回一个指向内容状态的指针对象（即遍历器对象Iterator Object）

// Generator 函数是分段执行的，yield表达式是暂停执行的标记，而next方法可以恢复执行，

hw.next()
// { value: ‘hello’, done: false } done为false表示遍历未结束

hw.next()
// { value: ‘world’, done: false }

hw.next()
// { value: ‘ending’, done: true } done为true表示遍历结束

hw.next()
// { value: undefined, done: true } Generator 函数已经运行完毕，以后再调用next方法，返回的都是这个结果

6、async与await

ES2017提供了async函数，使得异步操作变得更加方便。async函数就是Generator函数的语法糖。
async函数就是将Generator函数的星号（*）替换成async，将yield替换成await，仅此而已。
进一步说，async函数完全可以看作多个异步操作，包装成的一个Promise对象，而await命令就是内部then命令的语法糖。
async函数返回一个 Promise对象，可以使用then方法添加回调函数。当函数执行的时候，一旦遇到await就会先返回，等到异步操作完成，再接着执行函数体内后面的语句。

async function timeout(ms) {
  await new Promise((resolve) => {
    setTimeout(resolve, ms);
  });
}

async function asyncPrint(value, ms) {
await timeout(ms);
console.log(value);
}

asyncPrint(‘hello world’, 50);

上面代码指定 50 毫秒以后，输出hello world。
参考链接：
https://www.jianshu.com/p/de7aba994523
https://blog.csdn.net/qq_39343308/article/details/86262045
https://juejin.im/post/5c3d8956e51d4511dc72c200
https://juejin.im/post/5c6515e0518825266c3ef852?utm_source=gold_browser_extension
https://github.com/ZavierTang/zavier-notes/blob/master/JavaScript/%E5%90%8C%E6%AD%A5%E4%B8%8E%E5%BC%82%E6%AD%A5%E3%80%81%E4%BA%8B%E4%BB%B6%E5%BE%AA%E7%8E%AF%E4%B8%8E%E6%B6%88%E6%81%AF%E9%98%9F%E5%88%97%E3%80%81%E5%BE%AE%E4%BB%BB%E5%8A%A1%E4%B8%8E%E5%AE%8F%E4%BB%BB%E5%8A%A1.md

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