JS - 单线程与 setTimeout 执行原理

Javascript 引擎单线程机制

• 首先明确，JavaScript引擎是单线程机制

• JavaScript 是单线程执行的，无法同时执行多段代码。当某一段代码正在执行的时候，所有后续的任务都必须等待，形成一个任务队列。一旦当前任务执行完毕，再从队列中取出下一个任务，这也常被称为 “阻塞式执行”。

• 可以理解为：只有在 JS线程中没有任何同步代码要执行的前提下才会执行异步代码

• 所以一次鼠标点击，或是计时器到达时间点，或是 Ajax 请求完成触发了回调函数，这些事件处理程序或回调函数都不会立即运行，而是立即排队，一旦线程有空闲就 执行。假如当前 JavaScript 线程正在执行一段很耗时的代码，此时发生了一次鼠标点击，那么事件处理程序就被阻塞，用户也无法立即看到反馈，事件处理程序会被放入任务队列，直到前面的代码结束以后才会开始执行。如果代码中设定了一个 setTimeout，那么浏览器便会在合适的时间，将代码插入任务队列，如果这个时间设为 0，就代表立即插入队列，但不是立即执行，仍然要等待前面代码执行完毕。所以 setTimeout 并不能保证执行的时间，是否及时执行取决于 JavaScript 线程是拥挤还是空闲。

浏览器的多线程机制与事件循环(event loop)

• 首先明确，浏览器的内核是多线程的，它们在内核制控下相互配合以保持同步，一个浏览器至少实现三个常驻线程：

  • javascript 引擎线程
  • GUI 渲染线程
  • 浏览器事件触发线程

• JavaScript 引擎是单线程运行的,浏览器无论在什么时候都只且只有一个线程在运行JavaScript程序

  • javascript 引擎是基于事件驱动单线程执行的，JS引擎一直等待着任务队列中任务的到来，然后加以处理，浏览器无论什么时候都只有一个JS线程在运行JS程序。

• GUI渲染线程负责渲染浏览器界面，当界面需要重绘（Repaint）或由于某种操作引发回流(reflow)时,该线程就会执行。但需要注意 GUI渲染线程与JS引擎是互斥的，当JS引擎执行时GUI线程会被挂起，GUI更新会被保存在一个队列中等到JS引擎空闲时立即被执行。

• 事件触发线程，当一个事件被触发时该线程会把事件添加到待处理队列的队尾，等待JS引擎的处理。这些事件可来自 JavaScript 引擎当前执行的代码块如 setTimeOut，也可来自浏览器内核的其他线程如鼠标点击、AJAX 异步请求等，但由于JS的单线程关系所有这些事件都得排队等待JS引擎处理。（当线程中没有执行任何同步代码的前提下才会执行异步代码）

• 事件循环(event loop): 是用来管理我们的异步代码的，它会把它们放在一个线程池当中

JavaScript中setTimeout的实现原理

• 首先明确，setTimeout函数是异步代码，但其实setTimeout并不是真正的异步操作

• 由于JS线程的工作机制：当线程中没有执行任何同步代码的前提下才会执行异步代码，setTimeout是异步代码，所以setTimeout只能等js空闲才会执行

• 前面提到过，如果代码中设定了一个 setTimeout，那么浏览器便会在合适的时间，将代码插入任务队列，如果这个时间设为 0，就代表立即插入队列，但不是立即执行，仍然要等待前面代码执行完毕。所以 setTimeout 并不能保证执行的时间，是否及时执行取决于 JavaScript 线程是拥挤还是空闲。

• 也就是说setTimeout只能保证在指定的时间过后将任务(需要执行的函数)插入队列等候，并不保证这个任务在什么时候执行。执行javascript的线程会在空闲的时候，自行从队列中取出任务然后执行它。javascript 通过这种队列机制，给我们制造一个异步执行的假象。

• 有时setTimeout中的代码会很快得到执行，我们会感觉这段代码是在异步执行，这是因为 javascript 线程并没有因为什么耗时操作而阻塞，所以可以很快地取出排队队列中的任务然后执行它。

实例分析

在具备了上述理论基础之后，我们对以下几个实例进行分析：

1.===========================================
```
var t = true;

  window.setTimeout(function (){
      t = false;
  },1000);
  
  while (t){}
  
  alert('end');
```

• 运行结果：程序陷入死循环， t = false得不到执行，因此 alert('end')不会执行
• 解析：
  • JS是单线程的，所以会先执行 while(t){} 再 alert，但这个循环体是死循环，所以永远不会执行alert。
  • 为什么不执行 setTimeout？是因为JS的工作机制是：当线程中没有执行任何同步代码的前提下才会执行异步代码，setTimeout是异步代码，所以 setTimeout 只能等JS空闲才会执行，但死循环是永远不会空闲的，所以 setTimeout 也永远得不到执行。

2.===========================================
```
var start = new Date();

  setTimeout(function(){  
      var end = new Date();  
      console.log("Time elapsed: ", end - start, "ms");  
  }, 500);  
    
  while (new Date - start <= 1000){}
```

• 运行结果："Time elapsed: 1035 ms" (这里的1035不准确 但是一定是大于1000的)
• 解析：
  • JS是单线程 setTimeout 异步代码 其回调函数执行必须需等待主线程运行完毕
  • 当while循环因为时间差超过 1000ms 跳出循环后，setTimeout 函数中的回调才得以执行

3.===========================================

```
  for(var i=0;i<10;i++){
      setTimeout(function() {
          console.log(i);
      }, 0);
  }

```

• 运行结果：输出10个10
• 解析：JS单线程 setTimeout 异步代码 任务队列
• 问：如何修改可以使上述代码输出 0123456789
• 自执行函数 或 使用ES6中的let关键字

```
   // 自执行函数 形成闭包 记忆其被创建时的环境
   for(var i=0;i<10;i++){
       setTimeout((function() {
            console.log(i);
       })(), 0);
   }
```

setTimeout(0)函数的作用

• 现在我们了解了setTimeout函数执行的原理，那么它有什么作用呢？

• setTimeout函数增加了Javascript函数调用的灵活性，为函数执行顺序的调度提供极大便利。
  简言之，改变顺序，这正是setTimeout(0)的作用

• 使用场景示例：

    <input type="text" onkeydown="show(this.value)">  
    <div></div>  
    <script type="text/javascript">  
      function show(val) {  
        document.getElementsByTagName('div')[0].innerHTML = val;  
      }  
    </script> 
  

• 这里绑定了 keydown 事件，意图是当用户在文本框里输入字符时，将输入的内容实时地在 <div> 中显示出来。但是实际效果并非如此，可以发现，每按下一个字符时，<div> 中只能显示出之前的内容，无法得到当前的字符。

• 修改代码：

    <input type="text" onkeydown="var self=this; setTimeout(function() {show(self.value)}, 0)">  
    <div></div>  
    <script type="text/javascript">  
      function show(val) {  
        document.getElementsByTagName('div')[0].innerHTML = val;  
      }  
    </script>
  

• 这段代码使用了setTimeout(0)就可以实现需要的效果了。
  这里其实涉及2个任务，1个是将键盘输入的字符回写到输入框中，一个是获取文本框的值将其写入div中。第一个是浏览器自身的默认行为，一个是我们自己编写的代码。很显然，必须要先让浏览器将字符回写到文本框，然后我们才能获取其内容写到div中。改变顺序，这正是setTimeout(0)的作用。

• 其他应用场景：
  有时候，加载一些广告的时候，我们用setTimeout实现异步，好让广告不会阻塞我们页面的渲染。

setTimeout 和 setInterval 在执行异步代码的时候有着根本的不同

• 如果一个计时器被阻塞而不能立即执行，它将延迟执行直到下一次可能执行的时间点才被执行（比期望的时间间隔要长些）

• 如果setInterval回调函数的执行时间将足够长（比指定的时间间隔长），它们将连续执行并且彼此之间没有时间间隔。