JavaScript 的并发模型基于“事件循环”。这个模型与像 C 或者 Java 这种其它语言中的模型截然不同。

运行时概念

下面的内容解释了一个理论模型。现代 JavaScript 引擎实现并着重优化了所描述的这些语义。

可视化描述

Stack, heap, queue

函数调用形成了一个栈帧。

function foo(b) {
  var a = 10;
  return a + b + 11;
}

function bar(x) {
  var y = 3;
  return foo(x * y);
}

console.log(bar(7)); // 返回 42

当调用 bar 时,创建了第一个帧 ,帧中包含了 bar 的参数和局部变量。当 bar 调用 foo 时,第二个帧就被创建,并被压到第一个帧之上,帧中包含了 foo 的参数和局部变量。当 foo 返回时,最上层的帧就被弹出栈(剩下 bar 函数的调用帧 )。当 bar 返回的时候,栈就空了。

对象被分配在一个堆中,即用以表示一大块非结构化的内存区域。

队列

一个 JavaScript 运行时包含了一个待处理的消息队列。每一个消息都关联着一个用以处理这个消息的函数。

事件循环期间的某个时刻,运行时从最先进入队列的消息开始处理队列中的消息。为此,这个消息会被移出队列,并作为输入参数调用与之关联的函数。正如前面所提到的,调用一个函数总是会为其创造一个新的栈帧。

函数的处理会一直进行到执行栈再次为空为止;然后事件循环将会处理队列中的下一个消息(如果还有的话)。

事件循环

之所以称为事件循环,是因为它经常被用于类似如下的方式来实现:

while (queue.waitForMessage()) {
  queue.processNextMessage();
}

如果当前没有任何消息,queue.waitForMessage() 会同步地等待消息到达。

"执行至完成"

每一个消息完整的执行后,其它消息才会被执行。这为程序的分析提供了一些优秀的特性,包括:一个函数执行时,它永远不会被抢占,并且在其他代码运行之前完全运行(且可以修改此函数操作的数据)。这与C语言不同,例如,如果函数在线程中运行,它可能在任何位置被终止,然后在另一个线程中运行其他代码。

这个模型的一个缺点在于当一个消息需要太长时间才能处理完毕时,Web应用就无法处理用户的交互,例如点击或滚动。浏览器用“程序需要过长时间运行”的对话框来缓解这个问题。一个很好的做法是缩短消息处理,并在可能的情况下将一个消息裁剪成多个消息。

添加消息

在浏览器里,当一个事件发生且有一个事件监听器绑定在该事件上时,消息会被随时添加进队列。如果没有事件监听器,事件会丢失。所以点击一个附带点击事件处理函数的元素会添加一个消息,其它事件类似。

函数 setTimeout 接受两个参数:待加入队列的消息和一个延迟(可选,默认为 0)。这个延迟代表了消息被实际加入到队列的最小延迟时间。如果队列中没有其它消息,在这段延迟时间过去之后,消息会被马上处理。但是,如果有其它消息,setTimeout 消息必须等待其它消息处理完。因此第二个参数仅仅表示最少延迟时间,而非确切的等待时间。

下面的例子演示了这个概念(setTimeout 并不会在计时器到期之后直接执行):

const s = new Date().getSeconds();

setTimeout(function() {
  // 输出 "2",表示回调函数并没有在 500 毫秒之后立即执行
  console.log("Ran after " + (new Date().getSeconds() - s) + " seconds");
}, 500);

while(true) {
  if(new Date().getSeconds() - s >= 2) {
    console.log("Good, looped for 2 seconds");
    break;
  }
}

零延迟

零延迟并不意味着回调会立即执行。以 0 为第二参数调用 setTimeout 并不表示在 0 毫秒后就立即调用回调函数。

其等待的时间取决于队列里待处理的消息数量。在下面的例子中,"this is just a message" 将会在回调获得处理之前输出到控制台,这是因为延迟参数是运行时处理请求所需的最小等待时间,但并不保证是准确的等待时间。

基本上,setTimeout 需要等待当前队列中所有的消息都处理完毕之后才能执行,即使已经超出了由第二参数所指定的时间。

(function() {

  console.log('这是开始');

  setTimeout(function cb() {
    console.log('这是来自第一个回调的消息');
  });

  console.log('这是一条消息');

  setTimeout(function cb1() {
    console.log('这是来自第二个回调的消息');
  }, 0);

  console.log('这是结束');

})();

// "这是开始"
// "这是一条消息"
// "这是结束"
// 此处,函数返回了 undefined 
// "这是来自第一个回调的消息"
// "这是来自第二个回调的消息"

多个运行时互相通信

一个 web worker 或者一个跨域的 iframe 都有自己的栈,堆和消息队列。两个不同的运行时只能通过 postMessage 方法进行通信。如果另一运行时侦听 message 事件,则此方法会向其添加消息。

永不阻塞

事件循环模型的一个非常有趣的特性是,与许多其他语言不同,JavaScript 永不阻塞。 处理 I/O 通常通过事件和回调来执行,所以当一个应用正等待一个 IndexedDB 查询返回或者一个 XHR 请求返回时,它仍然可以处理其它事情,比如用户输入。

遗留的例外是存在的,如 alert 或者同步 XHR,但应该尽量避免使用它们。注意,例外的例外也是存在的(但通常是实现错误而非其它原因)。

标准规范

标准规范 状态 注释
HTML Living Standard
Event loops
Living Standard  
Node.js 事件循环 Living Standard