操作系统-进程-线程

线程和进程是操作系统中的两个概念：

• 进程（process）：计算机已经运行的程序，是操作系统管理程序的一种方式；
• 线程（thread）：操作系统能够运行运算调度的最小单位，通常情况下它被包含在进程中；

听起来很抽象，这里还是给出我的解释：

• 进程：我们可以认为，启动一个应用程序，就会默认启动一个进程（也可能是多个进程）；
• 线程：每一个进程中，都会启动至少一个线程用来执行程序中的代码，这个线程被称之为主线程；
• 所以我们也可以说进程是线程的容器；

再用一个形象的例子解释：

• 操作系统类似于一个大工厂；
• 工厂中里有很多车间，这个车间就是进程；
• 每个车间可能有一个以上的工人在工厂，这个工人就是线程；

image.png

操作系统的工作方式

操作系统是如何做到同时让多个进程（边听歌、边写代码、边查阅资料）同时工作呢？

• 这是因为CPU的运算速度非常快，它可以快速的在多个进程之间迅速的切换；
• 当我们进程中的线程获取到时间片时，就可以快速执行我们编写的代码；
• 对于用户来说是感受不到这种快速的切换的；

你可以在Mac的活动监视器或者Windows的资源管理器中查看到很多进程：

image.png

浏览器中的JavaScript线程

我们经常会说JavaScript是单线程的，但是JavaScript的线程应该有自己的容器进程：浏览器或者Node。
浏览器是一个进程吗，它里面只有一个线程吗？

• 目前多数的浏览器其实都是多进程的，当我们打开一个tab页面时就会开启一个新的进程，这是为了防止一个页 面卡死而造成所有页面无法响应，整个浏览器需要强制退出；
• 每个进程中又有很多的线程，其中包括执行JavaScript代码的线程；

JavaScript的代码执行是在一个单独的线程中执行的：

• 这就意味着JavaScript的代码，在同一个时刻只能做一件事；
• 如果这件事是非常耗时的，就意味着当前的线程就会被阻塞；

所以真正耗时的操作，实际上并不是由JavaScript线程在执行的：

• 浏览器的每个进程是多线程的，那么其他线程可以来完成这个耗时的操作；
• 比如网络请求、定时器，我们只需要在特性的时候执行应该有的回调即可；

浏览器的事件循环

如果在执行JavaScript代码的过程中，有异步操作呢？

• 中间我们插入了一个setTimeout的函数调用；
• 这个函数被放到入调用栈中，执行会立即结束，并不会阻塞后续代码的执行；

function sum(m, n) {
  return m + n;
}
function bar() {
  return sum(20, 30);
}
setTimeout(() => {
  console.log("settimeout");
});

const res = bar();
console.log(res);

执行结果

50
settimeout

image.png

宏任务和微任务

但是事件循环中并非只维护着一个队列，事实上是有两个队列：

• 宏任务队列（macrotask queue）：ajax、setTimeout、setInterval、DOM监听、UI Rendering等
• 微任务队列（microtask queue）：Promise的then回调、 Mutation Observer API、queueMicrotask()等

那么事件循环对于两个队列的优先级是怎么样的呢？

• 1.main script中的代码优先执行（编写的顶层script代码）；
• 2.在执行任何一个宏任务之前（不是队列，是一个宏任务），都会先查看微任务队列中是否有任务需要执行
  • 也就是宏任务执行之前，必须保证微任务队列是空的；
  • 如果不为空，那么就优先执行微任务队列中的任务（回调）；

例1：

setTimeout(function () {
  console.log("setTimeout1");
  new Promise(function (resolve) {
    resolve();
  }).then(function () {
    new Promise(function (resolve) {
      resolve();
    }).then(function () {
      console.log("then4");
    });
    console.log("then2");
  });
});

new Promise(function (resolve) {
  console.log("promise1");
  resolve();
}).then(function () {
  console.log("then1");
});

setTimeout(function () {
  console.log("setTimeout2");
});

console.log(2);

queueMicrotask(() => {
  console.log("queueMicrotask1");
});

new Promise(function (resolve) {
  resolve();
}).then(function () {
  console.log("then3");
});

执行结果：

promise1
2
then1 
queueMicrotask1 
then3
setTimeout1
then2
then4
setTimeout2

例2：

async function async1() {
  console.log("async1 start");
  await async2();
  console.log("async1 end");
}

async function async2() {
  console.log("async2");
}

console.log("script start");

setTimeout(function () {
  console.log("setTimeout");
}, 0);

async1();

new Promise(function (resolve) {
  console.log("promise1");
  resolve();
}).then(function () {
  console.log("promise2");
});

console.log("script end");

执行结果：

script start
async1 start
async2
promise1
script end
async1 end
promise2
setTimeout

例3：

Promise.resolve()
  .then(() => {
    console.log(0);
    return 4;
  })
  .then((res) => {
    console.log(res);
  });

Promise.resolve()
  .then(() => {
    console.log(1);
  })
  .then(() => {
    console.log(2);
  })
  .then(() => {
    console.log(3);
  })
  .then(() => {
    console.log(5);
  })
  .then(() => {
    console.log(6);
  });

执行结果：

0
1
4
2
3
5
6

例4：

Promise.resolve()
  .then(() => {
    console.log(0);
    return {
      then(resolve) {
        console.log('then立即执行')
        resolve(4)
      }
    };
  })
  .then((res) => {
    console.log(res);
  });

Promise.resolve()
  .then(() => {
    console.log(1);
  })
  .then(() => {
    console.log(2);
  })
  .then(() => {
    console.log(3);
  })
  .then(() => {
    console.log(5);
  })
  .then(() => {
    console.log(6);
  });

执行结果：

0
1
then立即执行
2
4
3
5
6

例5：

Promise.resolve()
  .then(() => {
    console.log(0);
    return Promise.resolve(4);
  })
  .then((res) => {
    console.log(res);
  });

Promise.resolve()
  .then(() => {
    console.log(1);
  })
  .then(() => {
    console.log(2);
  })
  .then(() => {
    console.log(3);
  })
  .then(() => {
    console.log(5);
  })
  .then(() => {
    console.log(6);
  });

执行结果：

0
1
2
3
4
5
6

例6：

Promise.resolve()
  .then(() => {
    console.log(0);
    return new Promise(resolve => {
      console.log('promise回调立即执行')
      resolve(4)
    });
  })
  .then((res) => {
    console.log(res);
  });

Promise.resolve()
  .then(() => {
    console.log(1);
  })
  .then(() => {
    console.log(2);
  })
  .then(() => {
    console.log(3);
  })
  .then(() => {
    console.log(5);
  })
  .then(() => {
    console.log(6);
  });

执行结果：

0
promise回调立即执行
1
2
3
4
5
6

例7：

Promise.resolve()
  .then(() => {
    console.log(0);
    return Promise.resolve(4);
  })
  .then((res) => {
    console.log(res);
  });

Promise.resolve()
  .then(() => {
    console.log(1);
  })
  .then(() => {
    console.log(2);
  })
  .then(() => {
    console.log(3);
  })
  .then(() => {
    console.log(5);
  })
  .then(() => {
    console.log(6);
  });

Promise.resolve()
  .then(() => {
    console.log(7);
  })
  .then(() => {
    console.log(8);
  });

//执行结果：
// 0
// promise回调立即执行
// 1
// 7
// 2
// 8
// 3
// 4
// 5
// 6

node的事件循环

浏览器中的EventLoop是根据HTML5定义的规范来实现的，不同的浏览器可能会有不同的实现，而Node中是由libuv实现的。
这里我们来给出一个Node的架构图：

• 我们会发现libuv中主要维护了一个EventLoop和worker threads（线程池）；

• EventLoop负责调用系统的一些其他操作：文件的IO、Network、child-processes等

  
  image.png

libuv是一个多平台的专注于异步IO的库，它最初是为Node开发的，但是现在也被使用到Luvit、Julia、pyuv等其他地方；

Node事件循环的阶段

我们最前面就强调过，事件循环像是一个桥梁，是连接着应用程序的JavaScript和系统调用之间的通道：

• 无论是我们的文件IO、数据库、网络IO、定时器、子进程，在完成对应的操作后，都会将对应的结果和回调函数放到事件循环（任务队列）中；
• 事件循环会不断的从任务队列中取出对应的事件（回调函数）来执行；

但是一次完整的事件循环Tick分成很多个阶段：

• 定时器（Timers）：本阶段执行已经被 setTimeout() 和 setInterval() 的调度回调函数。
• 待定回调（Pending Callback）：对某些系统操作（如TCP错误类型）执行回调，比如TCP连接时接收到 ECONNREFUSED。 pidle, prepare：仅系统内部使用。
• 轮询（Poll）：检索新的 I/O 事件；执行与 I/O 相关的回调；
• 检测（check）：setImmediate() 回调函数在这里执行。
• 关闭的回调函数：一些关闭的回调函数，如：socket.on('close', ...)

image.png

Node的宏任务和微任务

我们会发现从一次事件循环的Tick来说，Node的事件循环更复杂，它也分为微任务和宏任务：

• 宏任务（macrotask）：setTimeout、setInterval、IO事件、setImmediate、close事件；
• 微任务（microtask）：Promise的then回调、process.nextTick、queueMicrotask；

但是，Node中的事件循环不只是 微任务队列和 宏任务队列：

• 微任务队列：
  • next tick queue：process.nextTick； ü other queue：Promise的then回调、queueMicrotask； p 宏任务队列：
  • timer queue：setTimeout、setInterval； ü poll queue：IO事件；
  • check queue：setImmediate； ü close queue：close事件；

Node事件循环的顺序

所以，在每一次事件循环的tick中，会按照如下顺序来执行代码：

• next tick microtask queue；
• other microtask queue；
• timer queue；
• poll queue；
• check queue；
  *close queue；

async function async1() {
  console.log("async1 start");
  await async2();
  console.log("async1 end");
}

async function async2() {
  console.log("async2");
}

console.log("script start");

setTimeout(function () {
  console.log("setTimeout0");
}, 0);

setTimeout(function () {
  console.log("setTimeout2");
}, 300);

setImmediate(() => console.log('setImmediate'))

process.nextTick(() => console.log('nextTick1'))

async1();
process.nextTick(() => console.log('nextTick2'))

new Promise(function (resolve) {
  console.log("promise1");
  resolve();
  console.log("promise2");
}).then(function () {
  console.log("promise3");
});

console.log("script end");

//执行结果:

script start
async1 start
async2
promise1
promise2
script end
nextTick1  
nextTick2
async1 end   
promise3
setTimeout0
setImmediate
setTimeout2