理解JavaScript中的事件轮询

原文：http://www.ruanyifeng.com/blog/2014/10/event-loop.html

为什么JavaScript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？

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，一个线程再某个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？

所以，为了避免复杂性，从一诞生，JavaScript就是单线程，这已经成了这门语言的核心特征，将来也不会改变。

为了利用多核CPU的计算能力，HTML5提出Web Worker标准，运行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。

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。多线程可以将任务放到不同的线程中去处理。CPU的调度单位是线程，它会在不同的线程之间切换，任务是隶属于线程的。

如果一个线程中，任务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处理一个线程时是闲着的，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），不得不等结果出来，任务才能往下执行。

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，另一种是异步任务。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”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。

注：在理解上面的内容时，不要将CPU处理其他进程（比如QQ等）考虑进来，上面内容是针对CPU处理一个线程来说的。在一个单线程中（比如一个页面加载过程中的js处理），会包含许多任务。在任务很多的情况下，想要不被阻塞，采用的方案是异步任务+事件轮询。多线程是将任务分到不同的线程中去，各个线程内部采用的是同步任务。

事件和回调函数

“任务队列”是事件队列（也可以理解成消息队列），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”，这个过程是循环不断的。

“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。

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。

Event Loop

主线程从“任务队列”中读取事件，这个过程是循环不断的，所以整个的这种运行机制又称为Event Loop（事件轮询）。



上图中，主线程运行的时候，产生堆（heap）和栈（stack）。只要栈中的代码执行完毕，主线程就会去读取“任务队列”，依次执行那些事件所对应的回调函数。

任务队列中的任务，是“回调函数”指定的，然后通过事件触发添加进去的，是一种异步任务。而在页面初始化时，主线程执行的任务是同步任务。

需要注意的是，setTimeout()只是将事件插入了"任务队列"，必须等到当前代码（执行栈）执行完，主线程才会去执行它指定的回调函数。要是当前代码耗时很长，有可能要等很久，所以并没有办法保证，回调函数一定会在setTimeout()指定的时间执行。

Node.js的Event Loop

Node.js也是单线程的Event Loop，但是它的运行机制不同于浏览器环境。



根据上图，Node.js的运行机制如下。

V8引擎解析JavaScript脚本

解析后的代码，调用Node API

libuv库负责Node API的执行。它将不同的任务分配给不同的线程，形成一个Event Loop，以异步的方式将任务的执行结果返回给V8引擎。

V8引擎再将结果返回给用户

除了setTimeout和setInterval这两个方法，Node.js还提供了另外两个与“任务队列”有关的方法：process.nextTick和setImmediate。它们可以帮助我们加深对“任务队列”的理解。

process.nextTick方法可以在当前“执行栈”的尾部，下一次Event Loop（主线程读取“任务队列”）之前，触发回调函数。也就是说，它指定的任务总是发生在所有一般任务之前。

setImmediate方法则是在当前“任务队列”的尾部添加事件，也就是说，它指定的任务总是在下一次Event Loop时执行，这与setTimeout很像。