在js中同步与异步的理解分析

布满荆棘的人生 2022-01-30 14:17 184阅读 0赞

一、同步与异步的概念

1.  单线程：在JS引擎中负责解释和执行JavaScript代码的线程只有一个，一般称它为主线程。但是实际上还存在其他的线程，可以称之为工作线程。JS的单线程能够提高工作效率。JavaScript的主要用途是与用户互动，以及操作DOM，这就决定了它只能是单线程。单线程意味着前一个任务结束，才会执行后一个任务。
2.  同步：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。如果在函数A返回的时候，调用者就能够得到预期的结果（即拿到了预期的返回值或者看到了预期的效果），那么这个函数就是同步的。
3.  异步：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。如果在函数A返回的时候，调用者还不能马上得到预期的结果，而是需要在将来通过一定的手段得到，那么这个函数就是异步的 。
4.  异步的过程：主线程发一起一个异步请求，相应的工作线程接收请求并告知主线程已收到通知（异步函数返回）；主线程可以继续执行后面的代码，同时工作线程执行异步任务；工作线程完成工作后，通知主线程；主线程收到通知后，执行一定的动作（调用回调函数）。
5.  在异步过程中有两个重要的要素，发起函数和回调函数，这两个函数是分离的。
6.  工作线程在异步操作完成后需要通知主线程，通知机制是工作线程将消息放到消息队列，主线程通过事件循环过程去取消息。
7.  消息队列：消息队列是一个先进先出的队列，它里面存放这各种消息。
8.  事件循环：事件循环是指主线程重复从消息队列中取消息，执行的过程。
9.  同步与异步的区别：同步可以保证顺序一致，但是容易导致阻塞；异步可以解决阻塞问题，但是会改变顺序性。
10. 任务队列：是一个事件的队列或者消息的队列，所有任务都是在主线程上执行，形成一个执行栈，执行完js主线程的代码才会去看浏览器任务队列中的事件，再执行js代码中该事件对应的代码。任务队列也是一个先进先出的数据结构，排在前面的事件，优先被主线程读取。主线程的读取过程基本上是自动的，只要执行栈一清空，"任务队列"上第一位的事件就自动进入主线程。但是，由于存在后文提到的"定时器"功能，主线程首先要检查一下执行时间，某些事件只有到了规定的时间，才能返回主线程。
11. 异步的执行机制：  
    1）所有同步任务都在主线程上执行，形成一个执行栈（execution context stack）  
    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

二、同步与异步的实例

1.  同步的实例  
    1）代码如下：

<!DOCTYPE html>
    <html lang="en">
    <head>
        <meta charset="UTF-8">
        <title>同步测试</title>
    </head>
    <body>
    
    </body>
    <script>
    
            // 同步 执行顺序符合代码的顺序
    
            console.log("我是第一个div的盒子");
            console.log("我是第二个div的盒子");
            console.log("我是第三个div的盒子");
            console.log("我是第四个div的盒子");
            console.log("我是第五个div的盒子");
    
    </script>
    </html>

说明：同步相当于是执行顺序符合代码的顺序，前一个任务执行完毕后才会执行下一个任务。这段程序在控制台中会依次输出 我是第一个div的盒子 我是第一个div的盒子 我是第二个div的盒子  
我是第三个div的盒子 我是第四个div的盒子 我是第五个div的盒子 。

1.  异步的实例  
    1）在js当中最常见的异步操作就是setTimeOut()以及setTimeInterval()，它们可以控制js的执行顺序，被压入了称之为Event Loop的队列。  
    2）setTimeOut()方法用于在指定的毫秒数后执行某些操作，可以使用clearTimeOut()方法来阻止函数的执行。在指定的毫秒数后，将定时任务处理的函数添加到执行队列的队尾，所以有时候也可以使用setTimeout解决异步带来的问题。  
    代码如下：

<!DOCTYPE html>
    <html lang="en">
    <head>
        <meta charset="UTF-8">
        <title>异步测试</title>
    </head>
    <body>
    
    </body>
    <script>
    
        // 异步测试 setTimeout() 在指定的毫秒数后执行某些操作
    
        console.log("我是第一个div盒子");
        setTimeout(function(){ 
            console.log("我是第二个div盒子");
        },3000);
        console.log("我是第三个div盒子");
        
    </script>
    </html>

说明：按照代码的执行顺序应该是 我是第一个div盒子 我是第二个div盒子 我是第三个div盒子，但是实际上的输出是 我是第一个div盒子 我是第三个div盒子 我是第二个div盒子。在这里实际上是发生了异步的操作，通过 setTimeout() 函数，设置 我是第二个div盒子 在3秒后执行，添加到执行队列的队尾，让 我是第三个div盒子 先执行，发生异步。

3）setInterval() 方法用于每隔多少时间执行某些操作，可以使用clearInterval()方法来清除定时。按照指定的周期(以毫秒数计时)，将定时任务处理函数添加到执行队列的队尾。  
代码如下：

<!DOCTYPE html>
    <html lang="en">
    <head>
        <meta charset="UTF-8">
        <title>异步测试</title>
    </head>
    <body>
    
    </body>
    <script>
    
      // 异步测试 setInterval() 每隔多少时间执行某操作
    
        function f3(){ 
            var test2 = setInterval(f4,5000);
        }
        f3();
    
        function f4(){ 
            console.log("我是测试的setInterval()函数");
        }
        
    </script>
    </html>

说明：在这里也同样是发生异步操作，本来应该是直接输出 我是测试的setInterval()函数 ，但是实际上是过了5秒后才在控制台中输出。通过setInterval() 函数，将f4函数添加到执行队列中，设置在5秒后执行，发生异步操作。

4）setTimeOut()以及setTimeInterval()的区别：  
a. setTimeout多少时间之后执行某操作，只执行一次，而setInterval每隔多少时间之后执行某操作，如果不用clearInterval清除的话，将会一直执行下去  
b. 两个方法都返回一个id值，用于清除定时器，分别是clearTimeout和clearInterval  
c. setTimeout的性能是要优于setInterval的  
d. setTimeout和setInterval都不能保证到了时间点一定会执行，这得取决于当前js线程队列里面还有没有其他待处理队列，如果刚好没有的话，那么就能刚好执行，如果当前线程里面已经有了其它待处理队列正在执行，那么需要排队，等到javascript线程空闲的时候才会执行定时器  
e. setTimeout是等待循环的操作执行完成之后，才继续在间隔时间之后再把循环操作添加到javascript的线程里面，而setInterval是不等待的，它从来不管放在线程里面循环操作有没有执行完成，反正到点就会把循环操作添加到javascript线程队列里面  
f. 能用setInterval实现的操作，一定能用setTimeout来实现  
5）Event Loop：一个回调函数队列，当异步函数执行时，回调函数会被压入这个队列。JavaScript引擎直到异步函数执行完成后，才会开始处理事件循环。这意味着JavaScript代码不是多线程的，即使表现的行为相似。事件循环是一个先进先出（FIFO）队列，这说明回调是按照它们被加入队列的顺序执行的。

三、js的异步情况以及异步解决

1.  js的异步情况：  
    1）异步函数，比如 setTimeout和setInterval  
    2）ajax  
    3）node.js中的许多函数也是异步的
2.  异步问题的解决  
    1）命名函数  
    清除嵌套回调的一个便捷的解决方案是简单的避免双层以上的嵌套，传递一个命名函数给作为回调参数，而不是传递匿名函数  
    代码如下：

var fromLatLng, toLatLng;
     var routeDone = function( e ){ 
         console.log( "ANNNND FINALLY here's the directions..." );
          // do something with e
      };
      var toAddressDone = function( results, status ) { 
          if ( status == "OK" ) { 
              toLatLng = results[0].geometry.location;
              map.getRoutes({ 
                 origin: [ fromLatLng.lat(), fromLatLng.lng() ],
                 destination: [ toLatLng.lat(), toLatLng.lng() ],
                 travelMode: "driving",
                 unitSystem: "imperial",
                 callback: routeDone
             });
         }
     };
     var fromAddressDone = function( results, status ) { 
         if ( status == "OK" ) { 
             fromLatLng = results[0].geometry.location;
             GMaps.geocode({ 
                 address: toAddress,
                 callback: toAddressDone
             });
         }
     };
     GMaps.geocode({ 
         address: fromAddress,
         callback: fromAddressDone
     });

2）使用promise  
promise在异步执行的流程中，把执行代码和处理结果的代码清晰地分离了  
promise还可以做若干个异步的任务  
代码如下：

'use strict';
     
     var logging = document.getElementById('test-promise2-log');
     while (logging.children.length > 1) { 
         logging.removeChild(logging.children[logging.children.length - 1]);
     }
     
     function log(s) { 
         var p = document.createElement('p');
        p.innerHTML = s;
         logging.appendChild(p);
    }
     // 0.5秒后返回input*input的计算结果:
     function multiply(input) { 
         return new Promise(function (resolve, reject) { 
             log('calculating ' + input + ' x ' + input + '...');
            setTimeout(resolve, 500, input * input);
         });
     }
     
     // 0.5秒后返回input+input的计算结果:
     function add(input) { 
        return new Promise(function (resolve, reject) { 
           log('calculating ' + input + ' + ' + input + '...');
             setTimeout(resolve, 500, input + input);
         });
     }
     
     var p = new Promise(function (resolve, reject) { 
        log('start new Promise...');
         resolve(123);
     });
    
    p.then(multiply)
      .then(add)
      .then(multiply)
      .then(add)
      .then(function (result) { 
        log('Got value: ' + result);
     });