JavaScript 异步编程

Javascript语言的执行环境是"单线程"（single thread）。

所谓"单线程"，就是指一次只能完成一件任务。如果有多个任务，就必须排队，前面一个任务完成，再执行后面一个任务，以此类推。

这种模式的好处是实现起来比较简单，执行环境相对单纯；坏处是只要有一个任务耗时很长，后面的任务都必须排队等着，会拖延整个程序的执行。常见的浏览器无响应（假死），往往就是因为某一段Javascript代码长时间运行（比如死循环），导致整个页面卡在这个地方，其他任务无法执行。
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为了解决这个问题，Javascript语言将任务的执行模式分成两种：同步（Synchronous）和异步（Asynchronous）。

"同步模式"就是上一段的模式，后一个任务等待前一个任务结束，然后再执行，程序的执行顺序与任务的排列顺序是一致的、同步的；"异步模式"则完全不同，每一个任务有一个或多个回调函数（callback），前一个任务结束后，不是执行后一个任务，而是执行回调函数，后一个任务则是不等前一个任务结束就执行，所以程序的执行顺序与任务的排列顺序是不一致的、异步的

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异步模式"非常重要。在浏览器端，耗时很长的操作都应该异步执行，避免浏览器失去响应，最好的例子就是Ajax操作。在服务器端，"异步模式"甚至是唯一的模式，因为执行环境是单线程的，如果允许同步执行所有http请求，服务器性能会急剧下降，很快就会失去响应。

本文总结了"异步模式"编程的4种方法，理解它们可以让你写出结构更合理、性能更出色、维护更方便的Javascript程序。

并发模型（Concurrency model）

目前，我们已经知道，JavaScript执行异步任务时，不需要等待响应返回，可以继续执行其他任务，而在响应返回时，会得到通知，执行回调或事件处理程序。那么这一切具体是如何完成的，又以什么规则或顺序运作呢？接下来我们需要解答这个问题。

注：回调和事件处理程序本质上并无区别，只是在不同情况下，不同的叫法。

前文已经提到，JavaScript异步编程使得多个任务可以并发执行，而实现这一功能的基础是JavScript拥有一个基于事件循环的并发模型。

堆栈与队列

介绍JavaScript并发模型之前，先简单介绍堆栈和队列的区别：

堆（heap）：内存中某一未被阻止的区域，通常存储对象（引用类型）；
栈（stack）：后进先出的顺序存储数据结构，通常存储函数参数和基本类型值变量（按值访问）；
队列（queue）：先进先出顺序存储数据结构。

事件循环（Event Loop）

JavaScript引擎负责解析，执行JavaScript代码，但它并不能单独运行，通常都得有一个宿主环境，一般如浏览器或Node服务器，前文说到的单线程是指在这些宿主环境创建单一线程，提供一种机制，调用JavaScript引擎完成多个JavaScript代码块的调度，执行（是的，JavaScript代码都是按块执行的），这种机制就称为事件循环（Event Loop）。

JavaScript执行环境中存在的两个结构需要了解：

消息队列(message queue)，也叫任务队列（task queue）：存储待处理消息及对应的回调函数或事件处理程序；
执行栈(execution context stack)，也可以叫执行上下文栈：JavaScript执行栈，顾名思义，是由执行上下文组成，当函数调用时，创建并插入一个执行上下文，通常称为执行栈帧（frame），存储着函数参数和局部变量，当该函数执行结束时，弹出该执行栈帧；

注：关于全局代码，由于所有的代码都是在全局上下文执行，所以执行栈顶总是全局上下文就很容易理解，直到所有代码执行完毕，全局上下文退出执行栈，栈清空了；也即是全局上下文是第一个入栈，最后一个出栈。

任务

分析事件循环流程前，先阐述两个概念，有助于理解事件循环：同步任务和异步任务。

任务很好理解，JavaScript代码执行就是在完成任务，所谓任务就是一个函数或一个代码块，通常以功能或目的划分，比如完成一次加法计算，完成一次ajax请求；很自然的就分为同步任务和异步任务。同步任务是连续的，阻塞的；而异步任务则是不连续，非阻塞的，包含异步事件及其回调，当我们谈及执行异步任务时，通常指执行其回调函数。

事件循环流程

关于事件循环流程分解如下：

宿主环境为JavaScript创建线程时，会创建堆(heap)和栈(stack)，堆内存储JavaScript对象，栈内存储执行上下文；
栈内执行上下文的同步任务按序执行，执行完即退栈，而当异步任务执行时，该异步任务进入等待状态（不入栈），同时通知线程：当触发该事件时（或该异步操作响应返回时），需向消息队列插入一个事件消息；
当事件触发或响应返回时，线程向消息队列插入该事件消息（包含事件及回调）；
当栈内同步任务执行完毕后，线程从消息队列取出一个事件消息，其对应异步任务（函数）入栈，执行回调函数，如果未绑定回调，这个消息会被丢弃，执行完任务后退栈；
当线程空闲（即执行栈清空）时继续拉取消息队列下一轮消息（next tick，事件循环流转一次称为一次tick）。

使用代码可以描述如下：

var eventLoop = [];var event;var i = eventLoop.length - 1; // 后进先出while(eventLoop[i]) {event = eventLoop[i--]; if (event) { // 事件回调存在event();}// 否则事件消息被丢弃}

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执行异步的方法

回调函数

回调函数就是一个函数，它是在我们启动一个异步任务的时候就告诉它：等你完成了这个任务之后要干什么。这样一来主线程几乎不用关心异步任务的状态了，他自己会善始善终。

function print() {document.getElementById("demo").innerHTML="RUNOOB!";
}
setTimeout(print, 3000);

这段程序中的 setTimeout 就是一个消耗时间较长（3 秒）的过程，它的第一个参数是个回调函数，第二个参数是毫秒数，这个函数执行之后会产生一个子线程，子线程会等待 3 秒，然后执行回调函数 “print”，在命令行输出 “RUNOOB!”。

当然，JavaScript 语法十分友好，我们不必单独定义一个函数 print ，我们常常将上面的程序写成：

setTimeout(function () {document.getElementById("demo").innerHTML="RUNOOB!";
}, 3000);

注意：既然 setTimeout 会在子线程中等待 3 秒，在 setTimeout 函数执行之后主线程并没有停止，所以：

setTimeout(function () {document.getElementById("demo1").innerHTML="RUNOOB-1!";
}, 3000);
document.getElementById("demo2").innerHTML="RUNOOB-2!";

这段程序的执行结果是：

RUNOOB-1!
RUNOOB-2!

异步 AJAX

除了 setTimeout 函数以外，异步回调广泛应用于 AJAX 编程。有关于 AJAX 详细请参见：https://www.runoob.com/ajax/ajax-tutorial.html

XMLHttpRequest 常常用于请求来自远程服务器上的 XML 或 JSON 数据。一个标准的 XMLHttpRequest 对象往往包含多个回调：

var xhr = new XMLHttpRequest();xhr.onload = function () {// 输出接收到的文字数据document.getElementById("demo").innerHTML=xhr.responseText;
}xhr.onerror = function () {document.getElementById("demo").innerHTML="请求出错";
}// 发送异步 GET 请求
xhr.open("GET", "https://www.runoob.com/try/ajax/ajax_info.txt", true);
xhr.send();

事件监听

另一种思路是采用事件驱动模式。任务的执行不取决于代码的顺序，而取决于某个事件是否发生。

还是以f1和f2为例。首先，为f1绑定一个事件（这里采用的jQuery的写法）。

f1.on('done', f2);

上面这行代码的意思是，当f1发生done事件，就执行f2。然后，对f1进行改写：

　　function f1(){setTimeout(function () {// f1的任务代码f1.trigger('done');}, 1000);}

f1.trigger(‘done’)表示，执行完成后，立即触发done事件，从而开始执行f2。

这种方法的优点是比较容易理解，可以绑定多个事件，每个事件可以指定多个回调函数，而且可以"去耦合"（Decoupling），有利于实现模块化。缺点是整个程序都要变成事件驱动型，运行流程会变得很不清晰。

发布/订阅

我们假定，存在一个"信号中心"，某个任务执行完成，就向信号中心"发布"（publish）一个信号，其他任务可以向信号中心"订阅"（subscribe）这个信号，从而知道什么时候自己可以开始执行。这就叫做"发布/订阅模式"（publish-subscribe pattern），又称"观察者模式"（observer pattern）。

这个模式有多种实现，下面采用的是Ben Alman的Tiny Pub/Sub，这是jQuery的一个插件。

首先，f2向"信号中心"jQuery订阅"done"信号。

jQuery.subscribe("done", f2);

然后，f1进行如下改写：

function f1(){setTimeout(function () {// f1的任务代码jQuery.publish("done");}, 1000);}

jQuery.publish(“done”)的意思是，f1执行完成后，向"信号中心"jQuery发布"done"信号，从而引发f2的执行。

此外，f2完成执行后，也可以取消订阅（unsubscribe）。

jQuery.unsubscribe("done", f2);

这种方法的性质与"事件监听"类似，但是明显优于后者。因为我们可以通过查看"消息中心"，了解存在多少信号、每个信号有多少订阅者，从而监控程序的运行