一年前，我寫了一篇《什麼是 Event Loop？ 》，談了我對Event Loop的理解。
上個月，我偶然看到了Philip Roberts的演講《Help, I'm stuck in an event-loop》。這才尷尬地發現，自己的理解是錯的。我決定重寫這個題目，詳細、完整、正確地描述JavaScript引擎的內部運作機制。下面就是我的重寫。
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JavaScript語言的一大特點就是單線程，也就是說，同一個時間只能做一件事。那麼，為什麼JavaScript不能有多個執行緒呢？這樣能提高效率啊。
JavaScript的單線程，與它的用途有關。作為瀏覽器腳本語言，JavaScript的主要用途是與使用者互動，以及操作DOM。這決定了它只能是單線程，否則會帶來複雜的同步問題。例如，假定JavaScript同時有兩個線程，一個線程在某個DOM節點上加入內容，另一個線程就刪除了這個節點，這時瀏覽器應該以哪個執行緒為準？
所以，為了避免複雜性，從一誕生，JavaScript就是單線程，這已經成了這門語言的核心特徵，將來也不會改變。
為了利用多核心CPU的運算能力，HTML5提出Web Worker標準，允許JavaScript腳本建立多個線程，但是子執行緒完全受主執行緒控制，且不得操作DOM。所以，這個新標準並沒有改變JavaScript單執行緒的本質。
單執行緒就意味著，所有任務需要排隊，前一個任務結束，才會執行後一個任務。如果前一個任務耗時很長，後一個任務就得一直等著。
如果排隊是因為運算量大，CPU忙不過來，倒也算了，但是很多時候CPU是閒著的，因為IO設備（輸入輸出設備）很慢（例如Ajax操作從網路讀取數據），只好等著結果出來，再往下執行。
JavaScript語言的設計者意識到，這時CPU完全可以不管IO設備，掛起處於等待中的任務，先執行排在後面的任務。等到IO設備回傳了結果，再回過頭，把掛起的任務繼續執行下去。
於是，JavaScript就有了兩種執行方式：一種是CPU按順序執行，前一個任務結束，再執行下一個任務，這叫做同步執行；另一種是CPU跳過等待時間長的任務，先處理後面的任務，這叫做非同步執行。程式設計師自主選擇，採用哪一種執行方式。
具體來說，非同步執行的運作機制如下。 （同步執行也是如此，因為它可以被視為沒有非同步任務的非同步執行。）
（1）所有任務都在主執行緒上執行，形成一個執行堆疊（execution context stack） 。
（2）主執行緒之外，還存在一個"任務佇列"（task queue）。系統把非同步任務放到"任務隊列"之中，然後繼續執行後續的任務。
（3）一旦"執行堆疊"中的所有任務執行完畢，系統就會讀取"任務佇列"。如果這個時候，非同步任務已經結束了等待狀態，就會從"任務佇列"進入執行棧，恢復執行。
（4）主執行緒不斷重複上面的第三步。
下圖就是主執行緒和任務佇列的示意圖。
只要主執行緒空了，就會去讀取"任務佇列"，這就是JavaScript的運作機制。這個過程會不斷重複。
"任務隊列"實質上是一個事件的隊列（也可以理解成訊息的隊列），IO設備完成一項任務，就在"任務在佇列"中新增一個事件，表示相關的非同步任務可以進入"執行棧"了。主執行緒讀取"任務佇列"，就是讀取裡面有哪些事件。
"任務佇列"中的事件，除了IO裝置的事件以外，還包括一些使用者產生的事件（例如滑鼠點擊、頁面捲動等等）。只要指定過回呼函數，這些事件發生時就會進入"任務佇列"，等待主執行緒讀取。
所謂"回呼函數"（callback），就是那些會被主執行緒掛起來的程式碼。非同步任務必須指定回呼函數，當非同步任務從"任務佇列"回到執行棧，回呼函數就會執行。
"任務佇列"是一個先進先出的資料結構，排在前面的事件，優先返回主執行緒。主執行緒的讀取過程基本上是自動的，只要執行堆疊一清空，"任務佇列"上第一位的事件就會自動回到主執行緒。但是，由於存在後文提到的"定時器"功能，主執行緒要檢查執行時間，某些事件必須在規定的時間返回主執行緒。
主執行緒從"任務佇列"讀取事件，這個過程是循環不斷的，所以整個的這種運作機制又稱為Event Loop（事件循環）。
為了更能理解Event Loop，請看下圖（轉引自Philip Roberts的演講《Help, I'm stuck in an event-loop》）。
上圖中，主執行緒運行的時候，產生堆疊（heap）和堆疊（stack），堆疊中的程式碼呼叫各種外部API，它們在"任務隊列"中加入各種事件（click，load，done）。只要堆疊中的程式碼執行完畢，主執行緒就會去讀取"任務佇列"，依序執行那些事件所對應的回呼函數。
執行堆疊中的程式碼，總是在讀取"任務佇列"之前執行。請看下面這個例子。
var req = new XMLHttpRequest(); req.open('GET', url); req.onload = function (){}; req.onerror = function (){}; req.send();登入後複製
上面程式碼中的req.send方法是Ajax操作向伺服器發送數據，它是一個非同步任務，意味著只有當前腳本的所有程式碼執行完，系統才會去讀取"任務隊列"。所以，它與下面的寫法等價。
var req = new XMLHttpRequest(); req.open('GET', url); req.send(); req.onload = function (){}; req.onerror = function (){};登入後複製
也就是說，指定回呼函數的部分（onload和onerror），在send()方法的前面或後面無關緊要，因為它們屬於執行堆疊的一部分，系統總是執行完它們，才會去讀取"任務隊列"。
除了放置非同步任務，"任務佇列"還有一個作用，就是可以放置定時事件，即指定某些程式碼在多少時間之後執行。這叫做"定時器"（timer）功能，也就是定時執行的程式碼。
定時器功能主要由setTimeout()和setInterval()這兩個函數來完成，它們的內部運作機製完全一樣，差別在於前者指定的程式碼是一次執行，後者則為重複執行。以下主要討論setTimeout()。
setTimeout()接受兩個參數，第一個是回呼函數，第二個是延遲執行的毫秒數。
console.log(1); setTimeout(function(){console.log(2);},1000); console.log(3);登入後複製
上面程式碼的執行結果是1，3，2，因為setTimeout()將第二行延後到1000毫秒之後執行。
若將setTimeout()的第二個參數設為0，就表示目前程式碼執行完（執行堆疊清空）以後，立即執行（0毫秒間隔）指定的回呼函數。
setTimeout(function(){console.log(1);}, 0); console.log(2);登入後複製
上面程式碼的執行結果總是2，1，因為只有在執行完第二行以後，系統才會去執行"任務佇列"中的回呼函數。
HTML5標準規定了setTimeout()的第二個參數的最小值（最短間隔），不得低於4毫秒，如果低於這個值，就會自動增加。在此之前，舊版的瀏覽器都將最短間隔設為10毫秒。
另外，對於那些DOM的變動（尤其是涉及頁面重新渲染的部分），通常不會立即執行，而是每16毫秒執行一次。這時使用requestAnimFrame()的效果比setTimeout()好。
要注意的是，setTimeout()只是將事件插入了"任務佇列"，必須等到目前程式碼（執行堆疊）執行完，主執行緒才會去執行它指定的回呼函數。要是當前程式碼耗時很長，有可能要等很久，所以沒有辦法保證，回呼函數一定會在setTimeout()指定的時間執行。
JavaScript 運作機制詳解：再談Event Loop也是單一執行緒的Event Loop，但是它的運作機制不同於瀏覽器環境。
請看下面的示意圖（作者@BusyRich）。
根據上圖，JavaScript 運作機制詳解：再談Event Loop的運作機制如下。
（1）V8引擎解析JavaScript腳本。
（2）解析後的程式碼，呼叫Node API。
（3）libuv函式庫負責Node API的執行。它將不同的任務分配給不同的線程，形成一個Event Loop（事件循環），以非同步的方式將任務的執行結果傳回V8引擎。
（4）V8引擎再將結果回傳給使用者。
JavaScript 運作機制詳解：再談Event Loop有一个process.nextTick()方法，可以将指定事件推迟到Event Loop的下一次执行，或者说放到"JavaScript 運作機制詳解：再談Event Loop"的头部，也就是当前的执行栈清空之后立即执行。
function foo() { console.error(1); } process.nextTick(foo); console.log(2); // 2 // 1登入後複製
process.nextTick(foo)的作用，与setTimeout(foo, 0)很相似，但是执行效率高得多。
以上就是JavaScript 运行机制详解：再谈Event Loop的内容，更多相关内容请关注PHP中文网（m.sbmmt.com）！
