同步异步2

一、单线程

所谓单线程，是指 JS 引擎中负责解释和执行 JavaScript 代码的线程只有一个，称为主线程。

但实际上还存在其他线程，例如：处理 AJAX 请求的线程、处理 DOM 事件的线程、定时器线程、读写文件线程等等。这些线程可能存在于 JS 引擎之内也可能存在于 JS 引擎之外，在此我们不做区分，称为工作线程。

 

二、同步和异步

假定存在函数 func：

func(args…)

 

同步：如果在函数 func 返回的时候，调用者就能够得到预期结果（即拿到了返回值或者看到了预期的效果），那么这个函数就是同步的，如：

Math.sqrt(2);
console.log("Hello, World");

　　第一个函数返回时，就拿到预期返回值：根号2的值。

　　第二个函数返回时，就看到了预期的效果：在控制台打印字符串。

所以这两个函数都是同步的。

 

异步：如果在函数 func 返回的时候，调用者还不能得到预期结果，而是需要在将来通过一定的手段得到，那么这个函数就是异步的，如：

fs.readFile('foo.txt', 'utf8', function(err, data) {
    console.log(data);
})

　　在上述代码中，希望通过 fs.readFile 函数读取文件 foo.txt 中的内容，并打印出来。

　　但是在 fs.readFile 函数返回时，期望的结果并不会发生，而是要等到文件全部读取完成之后，如果文件很大的话，可能要很长时间。

　　以 AJAX 请求为例，看下同步和异步区别：

　　    异步AJAX：

　　　　主线程：“你好，AJAX 线程。请你帮我发个 HTTP 请求吧，我把请求地址和参数都给你了。”

　　　　AJAX线程：“好的，主线程。我马上去发，但可能要花点时间呢，你可以先去忙别的。”

　　　　主线程：“谢谢，你拿到响应后告诉我一声啊。”

　　　　(接着主线程做其他事情去了。30s…后，它收到了响应到达的通知)。

 

　　    同步AJAX：

　　　　主线程：“你好，AJAX线程。请你帮我发 个HTTP 请求吧，我把请求地址和参数都给你了。”

　　　　AJAX线程：“……”

　　　　主线程：“喂，AJAX线程，你怎么不说话？”

　　　　AJAX线程：“……”

　　　　主线程：“喂！喂喂喂！”

　　　　AJAX线程：“……”

　　　　(一炷香时间后)

　　　　主线程：“喂！求你说句话吧！”

　　　　AJAX线程：“主线程，不好意思，我在工作的时候不能说话，你的请求已经发完了，拿到相应数据了，给你。”

正是由于 JavaScript 是单线程的，而异步容器实现非租塞，所以在 JavaScript 中对于耗时的操作或者时间不确定的操作，使用异步成了必然的结果。

 

三、异步过程的构成要素

从上文可以看出，异步函数实际上很快就调用完成了。但是后面还有工作线程执行异步任务、通知主线程、主线程调用回调函数等很多步骤。我们把整个过程叫做异步过程。异步函数的调用在整个异步过程中，只是一小部分。　　　

一个异步过程通常是这样的：

　　主线程发起一个异步请求，相应的工作线程接收请求并告知主线程已收到（异步函数返回）；

　　主线程可以继续执行后面的代码，同时工作线程执行异步任务；

　　工作线程完成工作后，通知主线程；

　　主线程收到通知后，执行一定的动作（调用回调函数）。

 异步函数通常具有以下的形式：

func(args…， callbackFn)

它可以叫做异步过程的发起函数，或者叫做异步任务注册函数。args 是这个函数需要的参数。callbackFn 也是这个函数的参数，但是它比较特殊所以单列出来。

所以，从主线程的角度看，一个异步过程包括下面两个要素：

　　发起函数（或注册函数）func.

　　回调函数 callbackFn.

它们都是在主线程上调用的，其中注册函数用来发起异步过程，回调函数用来处理结果。

举个例子：

setTimeout(fn, 1000)

其中 setTimeout  就是异步过程发起函数，fn 是回到函数。

 

注意：前面说的形式 func(args…， callbackFn)只是一种抽象的表示，并不代表回调函数一定要作为发起函数的参数，例如：

var xhr = new XMLHttpRequest();
xhr.onreadystatechange = xxx; // 添加回调函数
xhr.open('GET', url);
xhr.send();   //  发起函数

发起函数和回调函数就是分离的。

 

四、消息队列和事情循环

上文讲到，异步过程中，工作线程在异步操作完成后需要通知主线程。那么这个通知机制是怎样实现的呢——利用消息队列和事件循环，概括起来就是：

　　工作线程将消息放到消息队列，主线程通过事件循环过程去取消息。

　　　　消息队列：消息队列是一个先进先出的队列，它里面存放这各种消息。

　　　　事件循环：事件循环是指主线程重复从消息队列中取消息、执行的过程。

实际上，主线程只会做一件事情，就是从消息队列里面区消息、执行消息、再取消息、再执行消息。当消息队列为空时，就会等待直到消息队列变成非空。而且主线程只有在当前消息执行完成后，才会去取下一个消息。这种机制就叫做事件循环机制，取一个消息并执行的过程 叫做一次循环。

事件循环的代码是这样的：

while(true) {
    var message = queue.get();
    execute(message);
}

那么消息队列中放的消息具体是什么东西？消息的具体结构当然跟具体的实现有关，但是为了简单起见，我们可以认为：

　　消息就是注册异步任务时添加的回调函数。

再次以异步 JAX为例，假设存在如下代码：

$.ajax('https://baidu.com', function(resp) {
    console.log("我是响应："， resp);
});

// 其他代码
……
……

主线程在发起AJAX请求后，会继续执行其他代码。AJAX线程负责请求 baidu.com，拿到响应后，它会把响应封装成一个 JavaScript 对象，然后构造一条消息：

// 消息队列中的消息就长这个样子
var message = function () {
    callbackFn(response);
};

其中，callbackFn就是前面代码中得到成功响应时的回调函数。

主线程在执行完当前循环中的所有代码后，就会到消息队列取出这条消息（也就是message函数），并执行它。到此为止，就完成了工作线程对主线程的通知，回调函数也就得到了执行。如果一开始主线程就没有提供回调函数，AJAX线程在收到HTTP响应后，也就没有必要通知主线程，从而也没有必要往消息队列放消息。

用图表示这个过程就是：

 

 从上文可以得到这样一个明显结论：

　　异步过程的回调函数，一定不在当前这一轮事件循环中执行。

 

五、异步与事件

上文中说的“事件循环”，为什么里面有个事件呢那是因为

　　消息队列中的每条消息实际上都对应着一个事件。

上文意志没有提到一类很重要的异步过程：DOM事件。

举例来说：

var button = document.getElement("#btn");
button.addEventListener('click', function(e) {
    console.log();
});

从事件的角度来看，上述代码表示：在按钮添加一个鼠标单击事件的事件监听器；当用户单击按钮时，鼠标单击事件触发，事件监听函数被调用。

从异步过程的角度看，addEventListener 函数就是异步过程的发起函数，事件监听器函数就是异步过程的回调函数。事件触发时，表示异步任务完成，会将事件监听器函数封装成一条消息放到消息队列中，等待主线程执行。

事件的概念实际上并不是必须的，事件机制实际上就是异步过程的通知机制。我觉得它的存在是为了编程接口对开发者更友好。

另一方面，所有异步过程也都可以用事件来描述。例如：setTimeout 可以看成对应一个“时间到了！”的事件。前文的 setTimeout(fn, 1000)；可以看成：

timer.addEventListener('timeout', 1000, fn);

 

六、生产者与消费者

从生产者与消费者的角度看，异步过程是这样的：

　　工作线程是生产者，主线程是消费者（只有一个消费者）。工作线程执行异步任务，执行完成后把对应的回调函数封装成一条消息放到消息队列中；

　　主线程不断从消息队列中取消息并执行，当消息队列空时，主线程阻塞，直到消息队列再次非空。

 

七、总结

最后用一个生活中的例子总结一下同步和异步：在公路上，汽车一辆接一辆，有条不紊的运行。这时，有一辆车坏掉了。假如它停在原地进行修理，那么后面的车会被堵住没法行驶，交通将会乱套。幸好旁边有应急车道，可以把故障车辆推到应急车道修理，而正常车流不会收到任何影响。等车修好了，再从应急车道回到正常车道即可。唯一影响的就是，应急车道用多了，原来车辆之间的顺序会有点乱。

这就是同步和异步的区别。同步可以保证顺序一致，但是容器导致阻塞；异步可以解决阻塞问题，但是会改变顺序。改变顺序性其实也没什么大不了的，只是让程序变得稍微难理解些。

 

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