深入理解JavaScript運行機制
前言
- 本文是寫作在給團隊新人培訓之際，所以其實本文的受衆是對JavaScript的運行機制不瞭解或瞭解起來有困難的小夥伴。也就是說，其實真正的原理和本文闡述的並不完全符合，就如中學課本和大學課本一樣，大學老師會告訴你高中的一些東西是在某些理想情況下得到的結論，本文同理。
- 本文的目的是希望大家閱讀之後能對JavaScript的運行機制有一個比較直觀比較快的認識，但更重要的是自己動手實踐，只有實踐才能真正發現問題和得到提升:)
- 收到了大家的支持和反饋，非常感謝:)
想要理解JavaScript的運行機制，需要分別深刻理解以下幾個點：
- JavaScript的單線程機制
- 任務隊列（同步任務和異步任務）
- 事件和回調函數
- 定時器
- Event Loop（事件循環）
JavaScript的單線程機制
JavaScript的一個語言特性（也是這門語言的核心）就是單線程。什麼是單線程呢？簡單地說就是同一時間只能做一件事，當有多個任務時，只能按照一個順序一個完成了再執行下一個。
JavaScript的單線程與它的語言用途是有關的。作爲一門瀏覽器腳本語言，JavaScript的主要用途是完成用戶交互、操作DOM。這就決定了它只能是單線程，否則會導致複雜的同步問題。
設想JavaScript同時有兩個線程，一個線程需要在某個DOM節點上添加內容，而另一個線程的操作是刪除了這個節點，那麼瀏覽器應該以誰爲準呢？
所以爲了避免複雜性，JavaScript從誕生起就是單線程。
爲了提高CPU的利用率，HTML5提出Web Worker標準，允許JavaScript腳本創建多個線程，但是子線程完全受主線程控制，且不得操作DOM。所以這個標準並沒有改變JavaScript單線程的本質。
任務隊列
一個接一個地完成任務也就意味着待完成的任務是需要排隊的，那麼爲什麼會需要排隊呢？
通常排隊有以下兩種原因：
- 任務計算量過大，CPU處於忙碌狀態；
- 任務所需的東西爲準備好所以無法繼續執行，導致CPU閒置，等待輸入輸出設備（I/O設備）。> 比如有的任務你需要Ajax獲取到數據才能往下執行
由此JavaScript的設計者也意識到，這時完全可以先運行後面已經就緒的任務來提高運行效率，也就是把等待中的任務先掛起放到一邊，等得到需要的東西再執行。就好比接電話時對方離開了一下，這時正好有另一個來電，於是你便把當前通話掛起，等那個通話結束後，再連回之前的通話。
所以也就出現了同步和異步的概念，任務也被分成了兩種，一種是同步任務（Synchronous），另一種是異步任務（Asynchronous）。
- 同步任務：需要執行的任務在主線程上排隊，一個接一個，前一個完成了再執行下一個
- 異步任務：沒有馬上被執行但需要執行的任務，存放在“任務隊列”（task queue）中，“任務隊列”會通知主線程什麼時候哪個異步任務可以執行，然後這個任務就會進入主線程並被執行。> 所有的同步執行都可以看作是沒有異步任務的異步執行
具體來說，異步執行如下：
- 所有同步任務都在主線程上執行，形成一個執行棧（execution context stack）。
也就是所有能被馬上執行的任務都在主線程上排好了隊，一個接一個的被執行。
- 主線程之外，還存在一個“任務隊列”（task queue）。只要異步任務有了運行結果，就在“任務隊列”之中放置一個事件。
也就是說每個異步任務準備好了就會立一個唯一的flag，這個flag用來標識對應的異步任務。
- 一旦“執行棧”中的所有同步任務執行完畢，系統就會讀取“任務隊列”，看看裏面有哪些事件。那些對應的異步任務，就結束等待裝袋，進入執行棧開始被執行。
也就是主線程把之前的任務做完了之後，就會來看“任務隊列”中的flag，來把對應的異步任務打包來執行。
- 主線程不斷重複以上三步。
只要主線程空了，就會去讀取“任務隊列”。這個過程會被不斷重複，這就是JavaScript的運行機制。
事件和回調函數
事件
“任務隊列”是一個事件的隊列（也可以理解成是消息的隊列），IO設備完成一項任務，就會在“任務隊列”中添加一個時間，表示相關的異步任務可以進入“執行棧”。接着主線程讀取“任務隊列”，查看裏面有哪些事件。
“任務隊列”中的事件，除了IO設備的事件以外，還包括一些用戶產生的事件（比如鼠標點擊、頁面滾動等等）。只要指定過回調函數，這些事件發生時就會進入“任務隊列”，等待主線程讀取。
回調函數
所謂“回調函數”（callback），就是那些會被主線程掛起來的代碼。異步任務必須指定回調函數，當主線程開始執行異步任務，就是執行對應的回調函數。
“任務隊列”是一個先進先出的數據結構，排在前面的事件，優先被主線程讀取。主線程的讀取過程基本上是自動的，只要執行棧一清空，“任務隊列”上第一位的事件就自動進入主線程。但是，如果包含“定時器”，主線程首先要檢查一下執行時間，某些事件只有到了規定的時間，才能返回主線程。
Event Loop
主線程從“任務隊列”中讀取事件，這個過程是循環不斷的，所以整個的運行機制又稱爲“Event Loop”（事件循環）
爲了更好地理解Event Loop，下面參照Philip Roberts的演講中的一張圖。
上圖中，主線程在運行時，產生了heap（堆）和stack（棧），棧中的代碼調用各種外部API，並在“任務隊列”中加入各種事件（click，load，done）。當棧中的代碼執行完畢，主線程就會讀取“任務隊列”，並依次執行那些事件所對應的回調函數。
執行棧中的代碼（同步任務），總是在讀取“任務隊列”（異步任務）之前執行。
var req = new XMLHttpRequest();
req.open('GET', url);
req.onload = function (){};
req.onerror = function (){};
req.send();
上面的代碼中的req.send方法是Ajax操作向服務器發送數據，它是一個異步任務，意味着只有當前腳本的所有代碼執行完，系統纔會去讀取“任務隊列”。所以，它與以下的寫法是等價的。
var req = new XMLHttpRequest();
req.open('GET', url);
req.send();
req.onload = function (){};
req.onerror = function (){};
也就是說，指定回調函數的部分（onload和onerror），在send()方法的前面或後面是無關緊要的，因爲它們屬於執行棧的一部分，系統總是執行完它們纔會去讀取“任務隊列”。
定時器
除了放置異步任務的事件，“任務隊列”還可以放置定時事件，即指定某些代碼在多少時間之後執行。這叫做定時器（timer）功能，也就是定時執行的代碼。
SetTimeout()和setInterval()可以用來註冊在指定時間之後單次或重複調用的函數，它們的內部運行機制完全一樣，區別在於前者指定的代碼是一次性執行，後者會在指定毫秒數的間隔裏重複調用:
setInterval(updateClock, 60000); //60秒調用一次updateClock()
因爲它們都是客戶端JavaScript中重要的全局函數，所以定義爲Window對象的方法。
但作爲通用函數，其實不會對窗口做什麼事情。
Window對象的setTImeout()方法用來實現一個函數在指定的毫秒數之後運行。所以它接受兩個參數，第一個是回調函數，第二個是推遲執行的毫秒數。
setTimeout()和setInterval()返回一個值，這個值可以傳遞給clearTimeout()用於取消這個函數的執行。
console.log(1);
setTimeout(function(){console.log(2);}, 1000);
console.log(3);
上面代碼的執行結果是1，3，2，因爲setTimeout()將第二行推遲到1000毫秒之後執行。
如果將setTimeout()的第二個參數設爲0，就表示當前代碼執行完（執行棧清空）以後，立即執行（0毫秒間隔）指定的回調函數。
setTimeout(function(){console.log(1);}, 0);
console.log(2)
上面代碼的執行結果總是2，1，因爲只有在執行完第二行以後，系統纔會執行“任務隊列”中的回調函數。
總之，setTimeout(fn,o)的含義是，指定某個任務在主線程最早可得的空閒時間執行，也就是儘可能早地執行。它在“任務隊列”的尾部添加一個事件，因此要等到同步任務和“任務隊列”現有的事件都處理完，纔會的到執行。
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。
需要注意的是，setTimeout()只是將事件插入了“任務隊列”，必須等到當前代碼（執行棧）執行完，主線程纔會去執行它指定的回調函數。要是當前代碼耗時很長，有可能要等很久，所以並沒有辦法保證回調函數一定會在setTimeout()指定的時間執行。
由於歷史原因，setTimeout()和setInterval()的第一個參數可以作爲字符串傳入。如果這麼做，那這個字符串會在指定的超時時間或間隔之後進行求值（相當於執行eval()）。
關於深入理解定時器的工作原理，這裏推薦閱讀jQuery的作者John Resig的一篇文章： http://ejohn.org/blog/how-javascript-timers-work/
參考阮一峯老師的博文 http://www.ruanyifeng.com/blog/2014/10/event-loop.html
參考《JavaScript權威指南》