前端一面之 同步 vs 异步

时间：2024-07-12 14:29:51

异步 vs 同步

先看一下 下面的 demo

console.log(100)
setTimeout(function () {
    console.log(200)
}, 1000)
console.log(300)

执行结果

100
300
200

console.log(100)
alert(200)  // 1秒钟之后点击确认
console.log(300)

这俩到底有何区别？——
第一个示例中间的步骤根本没有阻塞接下来程序的运行，
而第二个示例却阻塞了后面程序的运行。
前面这种表现就叫做 异步（后面这个叫做 同步 ），
即不会阻塞后面程序的运行。

异步和单线程

JS 需要异步的根本原因是 JS 是单线程运行的，即在同一时间只能做一件事，不能“一心二用”。

一个 Ajax 请求由于网络比较慢，请求需要 5 秒钟。
如果是同步，这 5 秒钟页面就卡死在这里啥也干不了了。
异步的话，就好很多了，5 秒等待就等待了，其他事情不耽误做，
至于那 5 秒钟等待是网速太慢，不是因为 JS 的原因。

讲到单线程，我们再来看个真题：

讲解一下下面代码的执行结果

var a = true;
setTimeout(function(){
    a = false;
}, 100)
while(a){
    console.log('while执行了')
}

这是一个很有迷惑性的题目，不少候选人认为100ms之后，
由于a变成了false，所以while就中止了，
实际不是这样，因为JS是单线程的，
所以进入while循环之后，
没有「时间」（线程）去跑定时器了，
所以这个代码跑起来是个死循环！

异步任务

异步任务是在主线程执行的同时，
通过回调函数或其他机制委托给其他线程或事件来处理的任务。
在执行异步任务时，主线程不会等待任务完成，
而是继续执行后续代码。包括：
在这里插入图片描述

console.log('Start');

setTimeout(() => {
  console.log('Timeout callback');
}, 1000);

console.log('End');

在上述例子中，setTimeout 是一个异步任务，
它会在1秒后将回调函数推入任务队列，
而主线程不会等待这个1秒，
而是继续执行后面的 console.log(‘End’)。
当主线程的同步任务执行完成后，
它会检查任务队列，
将异步任务的回调函数推入执行栈，最终输出 ‘Timeout callback’。

任务队列类型

任务队列分为宏任务队列（macrotask queue）和微任务队列（microtask queue）两种。
JavaScript 引擎遵循事件循环的机制，
在执行完当前宏任务后，
会检查微任务队列，执行其中的微任务，
然后再取下一个宏任务执行。
这个过程不断循环，形成事件循环。

  1. 宏任务队列

所有同步任务
I/O 操作, 文件读写 数据库读写等等
setTimeout、setInterval
setImmediate（Node.js环境）
requestAnimationFrame
事件监听回调函数

  1. 微任务（Microtasks）是一些较小粒度、高优先级的任务，包括：

Promise的then、catch、finally
async/await中的代码
Generator函数
MutationObserver
process.nextTick（Node.js 环境）
…

任务执行过程

首先，必须要明确，在JavaScript中，所有任务都在主线程上执行。
任务执行过程分为同步任务和异步任务两个阶段。
异步任务的处理经历两个主要阶段：
Event Table（事件表）和 Event Queue（事件队列）。
Event Table存储了宏任务的相关信息，
包括事件监听和相应的回调函数。
当特定类型的事件发生时，对应的回调函数被添加到事件队列中，等待执行。
例如，你可以通过addEventListener来将事件监听器注册到事件表上：

document.addEventListener('click', function() {
  console.log('Hello world!');
});

微任务与 Event Queue 密切相关。
当执行栈中的代码执行完毕后，JavaScript引擎会不断地检查事件队列。
如果队列不为空，就将队列中的事件一个个取出，并执行相应的回调函数。

任务队列的执行流程可概括为：
同步任务在主线程排队执行，异步任务在事件队列排队等待进入主线程执行。
遇到宏任务则推进宏任务队列，遇到微任务则推进微任务队列。
执行宏任务，执行完毕后检查当前层的微任务并执行。
继续执行下一个宏任务，执行对应层次的微任务，直至全部执行完毕。

console.log(1);

setTimeout(() => {
    console.log(2);
}, 0);

console.log(3);

new Promise((resolve) => {
    console.log(4);
    resolve();
    console.log(5);
}).then(() => {
    console.log(6);
});

console.log(7);

执行顺序解析：1 => 3 => 4 => 5 => 7 => 6 => 2。

  1. 创建Promise实例是同步的，所以1、3、4、5、7是同步执行的。
  2. then方法是微任务，放入微任务队列中，在当前脚本执行完毕后立即发生。
  3. 同步任务执行完毕后，执行微任务队列中的微任务。
  4. 最后，setTimeout放入宏任务队列，按照先进先出的原则执行。

拓展
以下是一个使用同步I/O操作的例子，这种操作会阻塞整个程序的执行

const fs = require('fs');

function readFileSync() {
    // 打印"Start"到控制台
    console.log('Start');

    // 同步读取文件的内容
    // 在文件读取完成之前，这行代码会阻塞事件循环，其他任务无法执行
    const data = fs.readFileSync('/opt/xiaodou.txt', 'utf8');
    // 打印读取到的文件内容到控制台
    console.log('File data:', data);
    // 打印"End"到控制台
    console.log('End');
}

readFileSync();

在这个例子中，fs.readFileSync是一个同步的文件读取操作，它会阻塞事件循环，直到文件读取完成。在读取文件的过程中，其他任务无法执行，整个程序的执行被阻塞。
这段代码的执行顺序是严格线性的，整个程序会在读取文件时被阻塞，直到读取操作完成。
为了对比，可以看一下使用异步I/O操作的代码，这样的代码不会阻塞事件循环：

const fs = require('fs');

function readFileAsync() {
    console.log('Start');

    // 读取文件的异步操作，这不会阻塞事件循环
    fs.readFile('/opt/xiaodou.txt', 'utf8', (err, data) => {
        if (err) {
            console.error('Error reading file:', err);
            return;
        }
        console.log('File data:', data);
    });

    console.log('End');
}

readFileAsync();

在这个例子中，fs.readFile是一个异步的文件读取操作，
它不会阻塞事件循环，程序可以继续执行其他任务。
现在对JavaScript中的同步是不是有一些理解：
导致整个程序的执行被阻塞是同步，只是暂停当前函数执行是异步，
使用await关键字时，它会暂停当前异步函数的执行，等待异步操作完成，
但不会阻塞事件循环，其他任务可以继续执行。

我们来看一下阻塞整个程序的代码，不仅会阻塞当前函数，还会阻塞整个事件循环，
影响所有其他任务的执行，
咱们现在在上面的同步函数中增加一个定时器，那么你猜猜定时器还能定时执行吗？

const fs = require('fs');

function readFileSync() {
    console.log('Start');

    // 设置一个定时器，计划在1秒后执行
    setTimeout(() => {
        console.log('Timer executed');
    }, 1000);

    // 同步读取文件的操作，这会阻塞事件循环
    const data = fs.readFileSync('/opt/xiaodou.txt', 'utf8');
    console.log('File data:', data);

    console.log('End');
}

readFileSync();

在这个例子中，fs.readFileSync是一个同步操作，
它会阻塞事件循环，假设文件在1秒后无法读取完成，
那么定时器无法在预定的1秒后执行。
只有当文件读取操作完成后，定时器才会有机会执行。
图解
在这里插入图片描述

这是一个简化的时序图，事件循环的主要步骤如下：
开始事件循环：JavaScript引擎开始执行代码。
同步任务队列：引擎首先检查同步任务队列（实际上是调用栈中的任务），执行队列中的任务。
执行同步任务：引擎开始执行同步任务，直到队列为空。
检查微任务队列：同步任务执行完毕后，引擎检查微任务队列。
执行微任务：如果有微任务（如Promise的.then()回调），引擎会执行这些微任务。
检查宏任务队列：微任务执行完毕后，引擎检查宏任务队列。
执行宏任务：如果有宏任务（如setTimeout回调），引擎会执行这些宏任务。执行完毕后再次检查微任务队列。
等待新任务：如果宏任务执行完毕，引擎会等待新的任务（如新的异步操作或宏任务）。
循环：引擎会不断地循环执行上述步骤。
在这里插入图片描述
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