JavaScript为什么是单线程的？及微任务宏任务详解

骑猪看日落 2022-12-27 02:27 210阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  一、JavaScript为什么是单线程？
 *  二、任务队列
 *  三、事件和回调函数
 *  四、js微任务及宏任务
 *   *   *  宏任务
         *  微任务

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# 一、JavaScript为什么是单线程？ #

JavaScript语言的一大特点就是单线程，也就是说，同一个时间只能做一件事。那么，为什么JavaScript不能有多个线程呢？这样能提高效率啊。

JavaScript的单线程，与它的用途有关。作为浏览器脚本语言，JavaScript的主要用途是与用户互动，以及操作DOM。这决定了它只能是单线程，否则会带来很复杂的同步问题。比如，假定JavaScript同时有两个线程，一个线程在某个DOM节点上添加内容，另一个线程删除了这个节点，这时浏览器应该以哪个线程为准？

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。

# 二、任务队列 #

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。

如果排队是因为计算量大，CPU忙不过来，倒也算了，但是很多时候CPU是闲着的，因为IO设备（输入输出设备）很慢（比如Ajax操作从网络读取数据），不得不等着结果出来，再往下执行。

JavaScript语言的设计者意识到，这时主线程完全可以不管IO设备，挂起处于等待中的任务，先运行排在后面的任务。等到IO设备返回了结果，再回过头，把挂起的任务继续执行下去。

于是，所有任务可以分成两种，一种是同步任务（synchronous），另一种是异步任务（asynchronous）。同步任务指的是，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；异步任务指的是，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。

具体来说，异步执行的运行机制如下。（同步执行也是如此，因为它可以被视为没有异步任务的异步执行。）

（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。

也就是说只要主线程空了，就会去读取”任务队列”，这就是JavaScript的运行机制。这个过程会不断重复。

# 三、事件和回调函数 #

“任务队列”是一个事件的队列（也可以理解成消息的队列），IO设备完成一项任务，就在”任务队列”中添加一个事件，表示相关的异步任务可以进入”执行栈”了。主线程读取”任务队列”，就是读取里面有哪些事件。

“任务队列”中的事件，除了IO设备的事件以外，还包括一些用户产生的事件（比如鼠标点击、页面滚动等等）。只要指定过回调函数，这些事件发生时就会进入”任务队列”，等待主线程读取。

所谓”回调函数”（callback），就是那些会被主线程挂起来的代码。异步任务必须指定回调函数，当主线程开始执行异步任务，就是执行对应的回调函数。

“任务队列”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。

# 四、js微任务及宏任务 #

微任务和宏任务表示异步任务的两种分类。

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。  
![在这里插入图片描述][f6485212038ea0701ff614375ed1e1a8.png_pic_center]  
宏任务和微任务之间的关系  
![d3726b486a1d76fefd44aa91f9059c32.png_pic_center][]

### 宏任务 ###

(macro)task，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(macro)task与DOM任务能够有序的执行，会在一个(macro)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：

> (macro)task->渲染->(macro)task->…

**宏任务包含：**

> script(整体代码)  
> setTimeout  
> setInterval  
> I/O  
> UI交互事件  
> postMessage  
> MessageChannel  
> setImmediate(Node.js 环境)

### 微任务 ###

microtask,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）。

**微任务包含**

> Promise.then  
> Object.observe  
> MutaionObserver  
> process.nextTick(Node.js 环境)

**运行机制**  
在事件循环中，每进行一次循环操作称为 tick，每一次 tick 的任务处理模型是比较复杂的，但关键步骤如下：

> 执行一个宏任务（栈中没有就从事件队列中获取）  
> 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  
> 宏任务执行完毕后，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）

如图

有

无

下一个宏任务

宏任务

执行结束

有微任务?

执行所有微任务

浏览器渲染

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