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瀏覽器UI多執行緒及對JavaScript單執行緒底層運作機制的理解

黄舟
發布: 2017-02-28 14:37:57
原創
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早在我剛剛學習JavaScript的時候,我就被「灌輸」了這樣的想法 

JavaScript是單執行緒的
可是在我不斷的學習過程中
學到了定時器、ajax的非同步載入
一度讓我對這句話產生懷疑
既然JavaScript是單執行緒的,為什麼它還存在非同步載入?
後來我知道了瀏覽器中不只有js一個線程,它與其他線程共同組成了—– 瀏覽器UI多線程

早就想寫一篇這樣的文章,只是感覺理解的還不夠,怕我寫的對大家產生誤導
看完網上大家寫的各種博文,更是一臉懵逼
不過最後還是鼓起勇氣決定來談一下╮(╯_╰)╭
那麼現在拋開JavaScript線程的問題不談,我們先來看看什麼是瀏覽器UI線程

瀏覽器UI多線程

#先來上一張圖

瀏覽器UI多執行緒及對JavaScript單執行緒底層運作機制的理解

一般瀏覽器至少有三個常駐執行緒

  • ##GUI渲染執行緒(渲染頁)

  • JS引擎執行緒(處理腳本)

  • ##事件觸發執行緒

    (控制互動)

  • 包括瀏覽器有時候會開闢新的執行緒例如用完就丟的Http請求執行緒(Ajax)等等其他執行緒
它們共同構成了瀏覽器的UI線程

這些線程在UI線程的控制下井然有序的工作著
關於這個常駐線程網上觀點不一致,各個瀏覽器實現可能也不一樣,這裡就不深考究了

雖然我把js引擎線程放在了右下角,但是它是瀏覽器的主線程

而且它和GUI渲染線程是水火不容的,不能夠同時工作

道理很簡單,因為它們都要操作DOM,如果js線程想要某個DOM的樣式,渲染引擎必須停止工作(霸道總裁讓你站那兒別動)

js單線程

為什麼JavaScript是單執行緒

單執行緒就是同一時間只能做一件事

那麼JavaScript多執行緒不好嗎,那效率多高啊
不好
js設計出來就是為了與使用者交互,處理DOM
如果JavaScript多線程了,那就必須處理多線程同步的問題(依稀記得曾經被C++線程同步支配的恐怖)
假如js是多線程,同一時間一個線程想要修改DOM,另一個執行緒想要刪除DOM
問題就變得複雜許多,瀏覽器不知道聽誰的,如果引入「鎖」的機制,那就麻煩死了(那我就不學前端了( ̄_,  ̄ ))
所以我們這樣一個腳本語言根本沒有必要搞得那麼複雜,所以JavaScript誕生起就是單線程執行

雖然H5提出了Web Worker,但是它不能夠操作DOM,還是要委託個大哥js主線程解決

這個Web Worker我還沒了解太多,這裡就不多說了

這些子線程完全受主線程大哥控制的,所以沒有改變JavaScript單線程的本質

執行堆疊

我們先來看看什麼是執行堆疊

堆疊是先進後出(FILO)的資料結構

執行堆疊中存放正在執行的任務,每一個任務叫做「幀」
舉例

function foo(c){
    var a = 1;
    bar(200);
}function bar(d){
    var b = 2;
}
foo(100);
登入後複製

我們來看看執行堆疊發生了怎樣的變化

    最開始,程式碼沒有執行的時候,執行堆疊為空堆疊
  • foo函數執行時,創建了一幀,這幀中包含了形參、局部變數(預編譯過程),然後把這一幀壓入棧中
  • 然後執行foo函數內程式碼,執行bar函數
  • #建立新幀,同樣有形參、局部變量,壓入堆疊中
  • bar函數執行完畢,彈出堆疊
  • foo函式執行完畢,彈出堆疊
  • 執行堆疊為空
  • 執行堆疊其實相當於js主執行緒

任務佇列

佇列是先入先出(FIFO)的資料結構

js執行緒中還存在著一個任務佇列

任務佇列包含了一系列待處理的任務
單一執行緒就意味著所有任務需要一個接一個的執行,如果一個任務執行的時間太長,那後面的任務就得等著
就好比護士阿姨給排隊的小朋友打針,如果最前面的小朋友一直滾針,那就一直扎,後面的小朋友就得等著(這比喻好像不恰當)
可是如果最前面的小朋友暈針昏倒了
那麼護士阿姨不可能坐那裡了等到他醒來,一定是先給後面的小朋友扎針
也就是相當於把那位小朋友「掛起」(非同步)

所以,任務可以分成兩種

    同步任務
  • 非同步任務

同步任务就是正在主线程执行栈中执行的任务(在屋子内打针的小朋友)
而异步任务是在任务队列等候处理的任务(在屋子外等候打针的小朋友)
一旦执行栈中没有任务了,它就会从执行队列中获取任务执行

事件与回调

任务队列是一个事件的队列,IO设备(输入/输出设备)每完成一项任务,就会在任务队列中添加事件处理
用户触发了事件,也同样会将回调添加到任务队列中去
主线程执行异步任务,便是执行回调函数(事件处理函数)
只要执行栈一空,排在执行队列前面的会被优先读取执行,
不过主线程会检查时间,某些事件需要到了规定时间才能进入主线程处理(定时器事件)

事件循环

主线程从执行队列不断地获取任务,这个过程是循环不断地,叫做“Event Loop”事件循环
同步任务总是会在异步任务之前执行
只有当前的脚本执行完,才能够去拿任务队列中的任务执行
前面也说到了,任务队列中的事件可以是定时器事件
定时器分为两种 setTimeout() 和 setInterval()
前者是定时执行一次,后者定时重复执行
第一个参数为执行的回调函数,第二个参数是间隔时间(ms)
来看这样一个例子

setTimeout(function(){
    console.log('timer');
},1000);console.log(1);console.log(2);console.log(3);
登入後複製

这个没什么问题,浏览器打印的是 1 2 3 timer
但是这样呢

setTimeout(function(){
    console.log('timer');
},0);//0延时console.log(1);
console.log(2);
console.log(3);
登入後複製

浏览器打印依然打印的是 1 2 3 timer
也许有同学知道,旧版浏览器,setTimeout定时至少是10ms(即便你设置了0ms),
H5新规范是定时至少4ms(我读书少不知道为什么),改变DOM也是至少16ms
也许这是因为这个原因
那么我再改动一下代码

setTimeout(function(){
    console.log('timer');
},0);var a = +new Date();for(var i = 0; i < 1e5; i++){
    console.log(1);
}var b = +new Date();
console.log(b - a);
登入後複製

这回够刺激了吧,输出10w次,我浏览器都假死了(心疼我chrome)
不仅如此,我还打印了循环所用时间
来看看控制台

输出了10w个1,用了将近7s
timer依然是最后打印的
这就证明了我前面说的话: 同步任务总是会在异步任务之前执行
只有我执行栈空了,才会去你任务队列中取任务执行

实例

最后我举一个例子加深一下理解

demo.onclick = function(){
    console.log(&#39;click&#39;);
}function foo(a){
    var b = 1;
    bar(200);
}function bar(c){
    var d = 2;
    click//伪代码 此时触发了click事件(这里我假装程序运行到这里手动点击了demo)
    setTimeout(function(){
        console.log(&#39;timer&#39;);
    }, 0);
}
foo(100);
登入後複製

怕大家蒙我就不写Ajax了
Ajax如果处理结束后(通过Http请求线程),也会将回调函数放在任务队列中
还有一点click那一行伪代码我最开始是想用demo.click()模拟触发事件
后来在测试过程中,发现它好像跟真实触发事件不太一样
它应该是不通过触发事件线程,而是存在于执行栈中,就相当于单纯地执行click回调函数
不过这只是我自己的想法有待考证,不过这不是重点,重点是我们理解这个过程,请大家不要吐槽我╰( ̄▽ ̄)╭

下面看看执行这段代码时发生了什么(主要说栈和队列的问题,不会赘述预编译过程)

  • 主线程开始执行,产生了栈、堆、队列

  • demo节点绑定了事件click,交给事件触发线程异步监听

  • 执行foo函数(之前同样有预编译过程),创建了帧包括foo函数的形参、局部变量压入执行栈中

  • foo函数内执行bar函数,创建帧包括bar函数的形参、局部变量压入执行栈中

  • 触发了click事件,事件触发线程将回调事件处理函数放到js线程的任务队列中

  • 触发了定时器事件,事件触发线程立即(4ms)将回调处理函数放到js线程的任务队列中

  • bar函数执行完毕,弹出栈

  • foo函数执行完毕,弹出栈

  • 此时执行栈为空

  • 执行栈向任务队列中获取一个任务:click回调函数,输出‘click’

  • 执行栈项任务队列中获取一个任务:定时器回调函数,输出‘timer’

  • 执行结束

这里从任务队列里不断取任务的过程就是Event Loop

Event Loop

有一些我的理解,如果发现不对或者有疑问的地方,请联系我
相信大家看了这个例子应该对js底层运行机制有了一个大概的了解

 以上就是瀏覽器UI多執行緒及對JavaScript單執行緒底層運作機制的理解及对JavaScript单线程底层运行机制的理解的内容,更多相关内容请关注PHP中文网(www.php.cn)!


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