什么是異步？

異步和同步應(yīng)該是經(jīng)常談的一個(gè)話題了。同步的概念很簡(jiǎn)單，自上而下依次執(zhí)行，必須等上邊執(zhí)行完下邊才會(huì)執(zhí)行。而異步可以先提交一個(gè)命令，中間可以去執(zhí)行別的事務(wù)，而當(dāng)執(zhí)行完之后回過(guò)頭來(lái)返回之前的任務(wù)。

舉個(gè)例子：

你很幸運(yùn)，找了一個(gè)漂亮的女朋友，有一天你的女朋友發(fā)短信問(wèn)你晚上看什么電影？但你并不知道看什么，馬上打開(kāi)電腦查了一下近期熱播的電影，這其中你女朋友一直在等你，這就是同步

而異步呢？還是你女朋友發(fā)短信問(wèn)你看什么電影，你跟她說(shuō)： 你先等會(huì)吧吧，等我查一下，查好之后你回頭打電話告訴了她。這就是異步。

從而我們能看出同步和異步的一些特點(diǎn)：

1.必須發(fā)生在兩個(gè)對(duì)象身上。（你和你女朋友）

2.必須發(fā)生一些事情。（看電影）

不同的就是：同步就是依次執(zhí)行，執(zhí)行完一個(gè)之后在執(zhí)行另一個(gè)，直到執(zhí)行完成，而異步就是先執(zhí)行一個(gè)，可能沒(méi)有執(zhí)行完成再去執(zhí)行另一個(gè)，等第一個(gè)執(zhí)行完成后再返回結(jié)果

為什么需要異步呢？

答案很明顯，為了提高辦事的效率，CPU計(jì)算速度和磁盤(pán)的讀寫(xiě)速度差太遠(yuǎn)了，磁盤(pán)供不應(yīng)求，因此有了計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)的分層設(shè)計(jì)，平衡了效率和成本?？梢哉f(shuō)懶惰推動(dòng)人類的進(jìn)步，任何可以降低花費(fèi)時(shí)間而達(dá)到同等功效的方法肯定會(huì)被優(yōu)先采用。

發(fā)送短信時(shí)等待對(duì)方回復(fù)的時(shí)間純粹的浪費(fèi)掉了，CPU寫(xiě)入磁盤(pán)等待返回的結(jié)果的等待時(shí)間也被無(wú)情的消耗了，這是一個(gè)講究效率的時(shí)代完全不能忍受的，因此讓員工一直處于忙碌狀態(tài)，最大限度的榨取員工價(jià)值是老板追求的，讓CPU和磁盤(pán)都不停的滿負(fù)荷處理事務(wù)也是效率需要的。因此，異步處理出現(xiàn)了。

什么是異步IO？

異步IO是指操作系統(tǒng)提供的IO（數(shù)據(jù)進(jìn)出）的能力，比如鍵盤(pán)輸入，對(duì)應(yīng)到顯示器上會(huì)有專門(mén)的數(shù)據(jù)輸出接口，這就是我們生活中可見(jiàn)的IO能力；這個(gè)接口在向下會(huì)進(jìn)入到操作系統(tǒng)這個(gè)層面，在操作系統(tǒng)中，會(huì)提供諸多的能力，比如：磁盤(pán)的讀寫(xiě)，DNS的查詢，數(shù)據(jù)庫(kù)的連接啊，網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求的處理，等等；

在不同的操作系統(tǒng)層面，表現(xiàn)的不一致。有的是異步非阻塞的；有的是同步的阻塞的，無(wú)論如何，我們都可以看做是上層應(yīng)用于下層系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互；上層依賴于下層，但是反過(guò)來(lái)，上層也可以對(duì)下層提供的這些能力進(jìn)行改造；如果這種操作是異步的，非阻塞的，那么這種就是異步非阻塞的異步IO模型；如果是同步的阻塞的，那么就是同步IO模型；

koa就是一個(gè)上層的web服務(wù)框架，全部由js實(shí)現(xiàn)，他有操作系統(tǒng)之間的交互，全部通過(guò)nodejs來(lái)實(shí)現(xiàn)；如nodejs的 readFile就是一個(gè)異步非阻塞的接口，readFileSync就是一個(gè)同步阻塞接口。

什么是事件循環(huán)？

事件循環(huán)是指Node.js執(zhí)行非阻塞I/O操作，盡管JavaScript是單線程的,但由于大多數(shù)內(nèi)核都是多線程的，node.js會(huì)盡可能將操作裝載到系統(tǒng)內(nèi)核。因此它們可以處理在后臺(tái)執(zhí)行的多個(gè)操作。當(dāng)其中一個(gè)操作完成時(shí)，內(nèi)核會(huì)告訴Node.js，以便node.js可以將相應(yīng)的回調(diào)添加到輪詢隊(duì)列中以最終執(zhí)行。也就是說(shuō)，js是單線程的，但是node運(yùn)行的時(shí)候其實(shí)是多線程的。（個(gè)人理解）而消息隊(duì)列是一個(gè)先進(jìn)先出的隊(duì)列，它里面存放著各種消息。

V8引擎

我們常說(shuō)的Chrome引擎和nodejs引擎就是V8引擎，他大致由以下組成：

這個(gè)引擎由內(nèi)存堆和調(diào)用棧組成，內(nèi)存堆就是負(fù)責(zé)進(jìn)行內(nèi)存分配，比如變量賦值，調(diào)用棧就是代碼執(zhí)行的地方。

調(diào)用棧中順序執(zhí)行主線程的代碼，當(dāng)調(diào)用棧中為空時(shí)，js引擎會(huì)去消息隊(duì)列取消息。取到后就執(zhí)行。JavaScript是單線程的編程語(yǔ)言，意味著它有一個(gè)單一的調(diào)用棧。因此它只能在同一時(shí)間做一件事情。調(diào)用棧是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它基本上記錄了我們?cè)诔绦蛑械氖裁次恢?。如果我們步入一個(gè)函數(shù)中，我們會(huì)把這些數(shù)據(jù)放在堆棧的頂部。如果我們從一個(gè)函數(shù)中返回，這些數(shù)據(jù)將會(huì)從棧頂彈出。這就是堆棧的用途。調(diào)用棧中的每個(gè)條目叫做棧幀。堆和棧的區(qū)別就是先進(jìn)先出，一個(gè)先進(jìn)后出。

當(dāng)js運(yùn)行時(shí)

我們經(jīng)常使用的一些API并不是js引擎中提供的，例如定時(shí)器setTimeout。

它們其實(shí)是在瀏覽器中提供的，也就是運(yùn)行時(shí)提供的，因此，實(shí)際上除了JavaScript引擎以外，還有其他的組件。

其中有個(gè)組件就是由瀏覽器提供的，叫Web APIs，像DOM，AJAX，setTimeout等等。

然后還有就是非常受歡迎的事件循環(huán)和回調(diào)隊(duì)列。

運(yùn)行時(shí)負(fù)責(zé)給引擎線程發(fā)送消息，只負(fù)責(zé)生產(chǎn)消息，不負(fù)責(zé)取消息。

消息隊(duì)列

主線程在執(zhí)行過(guò)程中遇到了異步任務(wù)，就發(fā)起函數(shù)或者稱為注冊(cè)函數(shù)，通過(guò)event loop線程通知相應(yīng)的工作線程（如ajax，dom，setTimout等），同時(shí)主線程繼續(xù)向后執(zhí)行，不會(huì)等待。等到工作線程完成了任務(wù)，eventloop線程會(huì)將消息添加到消息隊(duì)列中，如果此時(shí)主線程上調(diào)用棧為空就執(zhí)行消息隊(duì)列中排在最前面的消息，依次執(zhí)行。

新的消息進(jìn)入隊(duì)列的時(shí)候，會(huì)自動(dòng)排在隊(duì)列的尾端。

單線程意味著js任務(wù)需要排隊(duì)，如果前一個(gè)任務(wù)出現(xiàn)大量的耗時(shí)操作，后面的任務(wù)得不到執(zhí)行，任務(wù)的積累會(huì)導(dǎo)致頁(yè)面的“假死”。這也是js編程一直在強(qiáng)調(diào)需要回避的“坑”。

主線程會(huì)循環(huán)上述步驟，事件循環(huán)就是主線程重復(fù)從消息隊(duì)列中取消息、執(zhí)行的過(guò)程。

需要注意的是 GUI渲染線程與JS引擎是互斥的，當(dāng)JS引擎執(zhí)行時(shí)GUI線程會(huì)被掛起，GUI更新會(huì)被保存在一個(gè)隊(duì)列中等到JS引擎空閑時(shí)立即被執(zhí)行。因此頁(yè)面渲染都是在js引擎主線程調(diào)用棧為空時(shí)進(jìn)行的。

其實(shí) 事件循環(huán) 機(jī)制和 消息隊(duì)列 的維護(hù)是由事件觸發(fā)線程控制的。

事件觸發(fā)線程 同樣是瀏覽器渲染引擎提供的，它會(huì)維護(hù)一個(gè) 消息隊(duì)列。

JS引擎線程遇到異步（DOM事件監(jiān)聽(tīng)、網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求、setTimeout計(jì)時(shí)器等...），會(huì)交給相應(yīng)的線程單獨(dú)去維護(hù)異步任務(wù)，等待某個(gè)時(shí)機(jī)（計(jì)時(shí)器結(jié)束、網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求成功、用戶點(diǎn)擊DOM），然后由 事件觸發(fā)線程 將異步對(duì)應(yīng)的 回調(diào)函數(shù) 加入到消息隊(duì)列中，消息隊(duì)列中的回調(diào)函數(shù)等待被執(zhí)行。

同時(shí)，JS引擎線程會(huì)維護(hù)一個(gè) 執(zhí)行棧，同步代碼會(huì)依次加入執(zhí)行棧然后執(zhí)行，結(jié)束會(huì)退出執(zhí)行棧。

如果執(zhí)行棧里的任務(wù)執(zhí)行完成，即執(zhí)行棧為空的時(shí)候（即JS引擎線程空閑），事件觸發(fā)線程才會(huì)從消息隊(duì)列取出一個(gè)任務(wù)（即異步的回調(diào)函數(shù)）放入執(zhí)行棧中執(zhí)行。

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