并发模型与事件循环

在本文章中

运行时概念
事件循环
绝不阻塞

JavaScript 的并发模型基于 "事件循环"。这个模型与像 C 或者 Java 这种其它语言中的模型着实不同。

运行时概念

下面的内容解释了一个理论上的模型。现代 JavaScript 引擎着重实现和优化了描述的几个语义。

可视化描述

Stack, heap, queue

栈

函数调用形成了一个栈帧。

function foo(b) {
  var a = 10;
  return a + b + 11;
}
function bar(x) {
  var y = 3;
  return foo(x * y);
}
console.log(bar(7));

当调用 bar 时，创建了第一个帧，帧中包含了 bar 的参数和局部变量。当 bar 调用 foo 时，第二个帧就被创建，并被压到第一个帧之上，帧中包含了 foo 的参数和局部变量。当 foo 返回时，最上层的帧就被弹出栈（剩下 bar 函数的调用帧）。当 bar 返回的时候，栈就空了。

堆

对象被分配在一个堆中，一个用以表示一个内存中大的未被组织的区域。

队列

一个 JavaScript 运行时包含了一个待处理的消息队列。每一个消息都与一个函数相关联。当栈拥有足够内存时，从队列中取出一个消息进行处理。这个处理过程包含了调用与这个消息相关联的函数（以及因而创建了一个初始堆栈帧）。当栈再次为空的时候，也就意味着消息处理结束。

事件循环

之所以称为事件循环，是因为它经常被用于类似如下的方式来实现：

while (queue.waitForMessage()) {
  queue.processNextMessage();
}

如果当前没有任何消息，queue.waitForMessage 会等待着同步将要到来的消息。

"执行至完成"

每一个消息执行完成后，其它消息才会被执行。当你分析你的程序时，这点提供了一些优秀的特性，包括每当一个函数运行时，它就不能被抢占，并且在其他代码运行之前完全运行(且可以修改此函数控制的数据)。这点与C语言不同。例如，C语言中当一个程序在一个线程中运行时，它可以在任何点停止且可以在其它线程中运行其它代码。

这个模型的一个缺点在于当一个消息的完成耗时过长，网络应用无法处理用户的交互如点击或者滚动。浏览器用“程序需要过长时间运行”的对话框来缓解这个问题。一个比较好的解决方案是使消息处理变短且如果可能的话，将一个消息拆分成几个消息。

添加消息

在浏览器里，当一个事件出现且有一个事件监听器被绑定时，消息会被随时添加。如果没有事件监听器，事件会丢失。所以点击一个附带点击事件处理函数的元素会添加一个消息。其它事件亦然。

调用 setTimeout 函数会在一个时间段过去后在队列中添加一个消息。这个时间段作为函数的第二个参数被传入。如果队列中没有其它消息，消息会被马上处理。但是，如果有其它消息，setTimeout 消息必须等待其它消息处理完。因此第二个参数仅仅表示最少的时间而非确切的时间。

零延迟

零延迟 (Zero delay) 并不是意味着回调会立即执行。在零延迟调用 setTimeout 时，其并不是过了给定的时间间隔后就马上执行回调函数。其等待的时间基于队列里正在等待的消息数量。在下面的例子中，"this is just a message" 将会在回调 (callback) 获得处理之前输出到控制台，这是因为延迟是要求运行时 (runtime) 处理请求所需的最小时间，但不是有所保证的时间。

(function () {
  console.log('this is the start');
  setTimeout(function cb() {
    console.log('this is a msg from call back');
  });
  console.log('this is just a message');
  setTimeout(function cb1() {
    console.log('this is a msg from call back1');
  }, 0);
  console.log('this is the  end');
})();
// "this is the start"
// "this is just a message"
// "this is the end"
// "this is a msg from call back"
// "this is a msg from call back1"

多个运行时互相通信

一个 web worker 或者一个跨域的 iframe 都有它们自己的栈，堆和消息队列。两个不同的运行时只有通过 postMessage 方法进行通信。这个方法会给另一个运行时添加一个消息如果后者监听了 message 事件。

绝不阻塞

一个很有趣的事件循环 (event loop) 模型特性在于，Javascript 跟许多其它语言不同，它永不阻塞。通常由事件或者回调函数进行 I/O (input/output)处理。所以当一个应用正等待 IndexedDB 的查询的返回或者一个 XHR 的请求返回时，它仍然可以处理其它事情例如用户输入。

例外是存在的，如 alert 或者同步 XHR，但应该尽量避免使用它们。注意，例外的例外也是存在的（但通常是实现错误而非其它原因）。

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