我们经常说JS是单线程的,比如node.js研讨会上大家都说JS的特色之一是单线程的,这样使JS更简单明了,可是大家真的理解所谓JS的单线程机制吗?单线程时,基于事件的异步机制又该当如何,这些知识在《JavaScript权威指南》并没有介绍,我也一直困惑了,直到看到一篇外文,才有了些眉目,这里与大家分享下。后来发现《JavaScript高级程序设计》高级定时器和循环定时器介绍过,不过觉得没我翻译这篇原文介绍得更透彻,觉得我写的不好的,可以查看原外文。

1 先看下两个例子

1.1. 简单的settimeout

setTimeout(function () { while (true) { } }, 1000);

setTimeout(function () { alert('end 2'); }, 2000);

setTimeout(function () { alert('end 1'); }, 100);

alert('end');
  执行的结果是弹出’end’、’end 1’,然后浏览器假死,就是不弹出‘end 2’。也就是说第一个settimeout里执行的时候是一个死循环,这个直接导致了理论上比它晚一秒执行的第二个settimeout里的函数被阻塞,这个和我们平时所理解的异步函数多线程互不干扰是不符的。 附计时器使用方法
--初始化一个简单的js的计时器,一段时间后,才触发并执行回调函数。 setTimeout 返回一个唯一id,可用这个id来取消这个计时器。

var id = setTimeout(fn,delay);

--类似于setTimeout,不一样的是,每隔一段时间,会持续调用回调fn,直到被取消

var id = setInterval(fn,delay);

--传入一个计时器的id,取消计时器。

clearInterval(id);

clearTimeout(id);

1.2. ajax请求回调

接着我们来测试一下通过xmlhttprequest实现ajax异步请求调用,主要代码如下:
var xmlReq = createXMLHTTP();//创建一个xmlhttprequest对象

function testAsynRequest() {

    var url = "/AsyncHandler.ashx?action=ajax";

    xmlReq.open("post", url, true);

    xmlReq.setRequestHeader("Content-Type", "application/x-www-form-urlencoded");

    xmlReq.onreadystatechange = function () {

        if (xmlReq.readyState == 4) {

            if (xmlReq.status == 200) {

                var jsonData = eval('(' + xmlReq.responseText + ')');

                alert(jsonData.message);

            }

            else if (xmlReq.status == 404) {

                alert("Requested URL is not found.");

            } else if (xmlReq.status == 403) {

                alert("Access denied.");

            } else {

                alert("status is " + xmlReq.status);

            }

        }

    };

    xmlReq.send(null);

}

testAsynRequest();//1秒后调用回调函数

while (true) {

}
在服务端实现简单的输出:
private void ProcessAjaxRequest(HttpContext context)

{

    string action = context.Request["ajax"];

    Thread.Sleep(1000);//等1秒

    string jsonObject = "{\"message\":\"" + action + "\"}";

    context.Response.Write(jsonObject);

}
  理论上,如果ajax异步请求,它的异步回调函数是在单独一个线程中,那么回调函数必然不被其他线程”阻挠“而顺利执行,也就是1秒后,它回调执行弹出‘ajax’,可是实际情况并非如此,回调函数无法执行,因为浏览器再次因为死循环假死。   据上面两个例子,总结如下:
①    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.

②    JavaScript引擎用单线程运行也是有意义的,单线程不必理会线程同步这些复杂的问题,问题得到简化。

2. JavaScript引擎

  可JS内部究竟如何实现,我们在接下来探讨。   在了解计时器内部运作前,我们必须清楚一点,触发和执行并不是同一概念,计时器的回调函数一定会在指定delay的时间后被触发,但并不一定立即执行,可能需要等待。所有JavaScript代码是在一个线程里执行的,像鼠标点击和计时器之类的事件只有在JS单线程空闲时才执行。   我们来看一下图表,一开始你可能并没发现什么或啥都不懂,但请静下心来,在脑海里绘制出这个场景   这个图表中有许多数据信息等着我们去理解,当你完全理解了这个图,你会对js的异步运行机制(即JavaScript引擎如何实现异步事件)有很好的了解。这个图是一维的,垂直线上是以毫秒计位,蓝色块代表被划分的不同的js区域执行代码。例如,第一个JS区块执行了18毫秒,鼠标点击事件被阻塞了将近11毫秒,等等。   由于JavaScript引擎同一时间只执行一段代码(这是由JavaScript单线程的性质决定的),所以每个JS代码块阻塞了其它异步事件的进行。这意味着当一个异步事件(像鼠标点击、计时器、Ajax)发生时,这些事件的回调函数将排在队列后面等待执行(如何排队完全取决于各浏览器,而我们可以忽视它们内部差异,作一个简化处理)。   我们首先从第一个JS代码块开始,有两个计时器被初始化:一个10ms的setTimeout和一个10ms的setInterval.观察计时器初始化位置,(计时器初始化完毕后就会开始计时),发现setTimeout计时器的回调实际上会在第一个代码块执行完毕前被触发。但是这里注意的是,它不会立即执行(单线程不能这样做)。实际上,触发的回调将被排成一个队列,等待下一个可执行时间。   此外,在第一个JS代码块,我们发现一个鼠标点击事件被触发。这个鼠标点击JS回调被绑定在异步队列上(我们从来不知道用户什么时候执行这个操作,所以它被认为是异步的)且不能马上执行。像初始化的计时器一样,排队等待执行。   执行完初始化JS代码块后,浏览器就有个疑问:谁在等待执行?此时,鼠标点击回调和setTimeout计时器的回调都在等待。浏览器将选一个(鼠标点击事件)并立马执行。而计时器的回调将等待下一合适时机执行。   注意,鼠标点击事件执行过程中,interval的回调第一次被触发,与setTimeout的回调一样,排队等待执行。随着时间推移,等到setTimeout计时器的回调执行时候,setInterval的回调再次被触发,这次被触发的回调将被抛弃。如果一大段代码块正在执行,所有的setInterval的回调都将要排队,一旦大段代码块执行完毕,这些一连串的setInterval的回调相互间将被无延迟地执行。实际上,浏览器处理setInterval被触发的回调排队等待执行时,除非队列中setInterval回调为空,才允许新的setInterval的回调加入。   我们发现,setInterval的第一个被触发的回调执行时,setInterval的回调又被触发且排到队列。这向我们传达一个重要的消息:setInterval不关心目前JS正在执行的内容,setInterval的被触发的回调都将会无差别地排队。   最后,当setInterval的回调执行两次后,我们发现没有javascript引擎要执行东西。这意味着浏览器将等待着一个新的异步事件发生。我们知道,在50ms时候,setInterval的回调再次被触发,但这次并没有东西阻塞,所以回调就立马执行了。   在浏览器中,JavaScript引擎是基于事件驱动的,这里的事件可看作是浏览器派给它的各种任务,这些任务可能源自当前执行的代码块,如调用setTimeout(),也可能来自浏览器内核,如onload()、onclick()、onmouseover()、setTimeOut()、setInterval()、Ajax等。如果从代码的角度来看,所谓的任务实体就是各种回调函数,由于“单线程”的原因,这些任务会进行排队,一个接着一个等待着被引擎处理。(这段说法来源于http://www.benben.cc/blog/?p=327)

3. JavaScript引擎线程和其它侦听线程

上图中,定时器和事件都按时触发了,这表明JavaScript引擎的线程和计时器触发线程、事件触发线程是三个单独的线程,即使JavaScript引擎的线程被阻塞,其它两个触发线程都在运行。   浏览器内核实现允许多个线程异步执行,这些线程在内核制控下相互配合以保持同步。假如某一浏览器内核的实现至少有三个常驻线程: JavaScript引擎线程,事件触发线程,Http请求线程,下面通过一个图来阐明单线程的JavaScript引擎与另外那些线程是怎样互动通信的。虽然每个浏览器内核实现细节不同,但这其中的调用原理都是大同小异。 线程间通信:JavaScript引擎执行当前的代码块,其它诸如setTimeout给JS引擎添加一个任务,也可来自浏览器内核的其它线程,如界面元素鼠标点击事件,定时触发器时间到达通知,异步请求状态变更通知等.从代码角度看来任务实体就是各种回调函数,JavaScript引擎一直等待着任务队列中任务的到来.由于单线程关系,这些任务得进行排队,一个接着一个被引擎处理. GUI渲染也是在引擎线程中执行的,脚本中执行对界面进行更新操作,如添加结点,删除结点或改变结点的外观等更新并不会立即体现出来,这些操作将保存在一个队列中,待JavaScript引擎空闲时才有机会渲染出来。来看例子(这块内容还有待验证,个人觉得当Dom渲染时,才可阻止渲染)

<div id="test">test</div>

<script type="text/javascript" language="javascript">

var i=0;

while(1) {

    document.getElementById("test").innerHTML+=i++ + "<br />";

}

</script>
  这段代码的本意是从0开始顺序显示数字,它们将一个接一个出现,现在我们来仔细研究一下代码,while(1)创建了一个无休止的循环,但是对于单线程的JavaScript引擎而言,在实际情况中就会造成浏览器暂停响应并处于假死状态。   alert()会停止JS引擎的执行,直到按确认键,在JS调试的时候,查看当前实时页面的内容。

4. setTimeout和 setInterval

回到文章开头,我们来看下setTimeout和setsetInterval的区别。
setTimeout(function(){

    /* Some long block of code ... */

    setTimout(arguments.callee,10);

},10);

setInterval(function(){

    /* Some long block of code ... */

},10);
  这两个程序段第一眼看上去是一样的,但并不是这样。setTimeout代码至少每隔10ms以上才执行一次;然而setInterval固定每隔10ms将尝试执行,不管它的回调函数的执行状态。 我们来总结下:
l JavaScript引擎只有一个线程,强制异步事件排队等待执行。

l setTimeout和setInterval在异步执行时,有着根本性不同。

l 如果一个计时器被阻塞执行,它将会延迟,直到下一个可执行点(这可能比期望的时间更长)

l setInterval的回调可能被不停的执行,中间没间隔(如果回调执行的时间超过预定等待的值)
《JavaScript高级程序设计》中,针对setInterval说法如下: 当使用setInterval()时,仅当没有该定时器的任何其他代码实例时,才将定时器代码添加到队列中。还要注意两问题:
①    某些间隔会被跳过(抛弃);

② 多个定时器的代码执行之间的间隔可能会比预期小。此时可采取 setTimeout和setsetInterval的区别 的例子方法。

5. Ajax异步

  很多同学朋友搞不清楚,既然说JavaScript是单线程运行的,那么XMLHttpRequest在连接后是否真的异步?其实请求确实是异步的,不过这请求是由浏览器新开一个线程请求(参见上图),当请求的状态变更时,如果先前已设置回调,这异步线程就产生状态变更事件放到JavaScript引擎的处理队列中等待处理,当任务被处理时,JavaScript引擎始终是单线程运行回调函数,具体点即还是单线程运行onreadystatechange所设置的函数。   Tip:理解JavaScript引擎运作非常重要,特别是在大量异步事件(连续)发生时,可以提升程序代码的效率。 原外文:http://ejohn.org/blog/how-javascript-timers-work/ 翻译参考:http://www.phpweblog.net/rainman/archive/2009/01/05/6267.html 部分示例:http://www.cnblogs.com/jeffwongishandsome/archive/2011/06/13/2080145.html 其它参考:http://www.laruence.com/2009/09/23/1089.html      http://www.benben.cc/blog/?p=327