什么是同步和异步？

Posted on:2024年8月10日 at 17:06

JS 是一门单线程的编程语言，这就意味着一个时间里只能处理一件事，也就是说JS引擎一次只能在一个线程里处理一条语句。

虽然单线程简化了编程代码，因为这样咱们不必太担心并发引出的问题，这也意味着在阻塞主线程的情况下执行长时间的操作，如网络请求。

想象一下从API请求一些数据，根据具体的情况，服务器需要一些时间来处理请求，同时阻塞主线程，使网页长时间处于无响应的状态。这就是引入异步 JS 的原因。使用异步 (如 回调函数、promise、async/await),可以不用阻塞主线程的情况下长时间执行网络请求。

了解异步的工作方式之前，咱们先来看看同步是怎么样工作的。

同步 JS 是如何工作的？

在深入研究异步JS之前，先来了解同步 JS 代码在 JavaScript 引擎中执行情况。例如：

const second = () => {
  console.log("Hello there!");
};

const first = () => {
  console.log("Hi there!");
  second();
  console.log("The End");
};

first();

复制代码;

要理解上述代码如何在 JS 引擎中执行，咱们必须理解什么是执行上下文和调用栈(也称为执行堆栈)。

函数代码在函数执行上下文中执行，全局代码在全局执行上下文中执行。每个函数都有自己的执行上下文。

调用栈

调用堆栈顾名思义是一个具有LIFO(后进先出)结构的堆栈，用于存储在代码执行期间创建的所有执行上下文。

JS 只有一个调用栈，因为它是一种单线程编程语言。调用堆栈具有 LIFO 结构，这意味着项目只能从堆栈顶部添加或删除。

回到上面的代码，尝试理解代该码是如何在JS引擎中执行。

const second = () => {
  console.log("Hello there!");
};
const first = () => {
  console.log("Hi there!");
  second();
  console.log("The End");
};
first();
复制代码;

这里发生了什么?

当执行此代码时，将创建一个全局执行上下文(由main()表示)并将其推到调用堆栈的顶部。当遇到对first()的调用时，它会被推送到堆栈的顶部。

接下来,console.log('Hi there!')被推送到堆栈的顶部，当它完成时，它会从堆栈中弹出。之后，我们调用second()，因此second()函数被推到堆栈的顶部。

console.log('Hello there!')被推送到堆栈顶部，并在完成时弹出堆栈。second() 函数结束，因此它从堆栈中弹出。

console.log(“the End”)被推到堆栈的顶部，并在完成时删除。之后，first()函数完成，因此从堆栈中删除它。

程序在这一点上完成了它的执行，所以全局执行上下文(main())从堆栈中弹出。

异步 JS 是如何工作的?

现在咱们已经对调用堆栈和同步JAS的工作原理有了基本的了解，回到异步JS上。

阻塞是什么?

假设咱们正在以同步的方式进行图像处理或网络请求。例如：

const processImage = (image) => {
  /**
  * doing some operations on image
  **/
  console.log('Image processed');
}
const networkRequest = (url) => {
  /**
  * requesting network resource
  **/
  return someData;
}
const greeting = () => {
  console.log('Hello World');
}
processImage(logo.jpg);
networkRequest('www.somerandomurl.com');
greeting();
复制代码

做图像处理和网络请求需要时间，当processImage()函数被调用时，它会根据图像的大小花费一些时间。

processImage() 函数完成后，将从堆栈中删除它。然后调用 networkRequest() 函数并将其推入堆栈。同样，它也需要一些时间来完成执行。

最后，当networkRequest()函数完成时，调用greeting()函数。

因此，咱们必须等待函数如processImage()或networkRequest()完成。这意味着这些函数阻塞了调用堆栈或主线程。因此，在执行上述代码时，咱们不能执行任何其他操作，这是不理想的。

解决办法是什么?

最简单的解决方案是异步回调，各位使用异步回调使代码非阻塞。例如:

const networkRequest = () => {
  setTimeout(() => {
    console.log("Async Code");
  }, 2000);
};
console.log("Hello World");
networkRequest();
复制代码;

这里使用了setTimeout方法来模拟网络请求。请记住setTimeout不是JS引擎的一部分，它是Web Api的一部分。

为了理解这段代码是如何执行的，咱们必须理解更多的概念，比如事件轮询和回调队列(或消息队列)。

事件轮询、web api和消息队列不是JavaScript引擎的一部分，而是浏览器的JavaScript运行时环境或Nodejs JavaScript运行时环境的一部分(对于Nodejs)。在Nodejs中，web api被c/c++ api所替代。

现在让我们回到上面的代码，看看它是如何异步执行的。

const networkRequest = () => {
  setTimeout(() => {
    console.log("Async Code");
  }, 2000);
};

console.log("Hello World");

networkRequest();

console.log("The End");
复制代码;

当上述代码在浏览器中加载时，console.log(' Hello World ') 被推送到堆栈中，并在完成后弹出堆栈。接下来，将遇到对 networkRequest() 的调用，因此将它推到堆栈的顶部。

下一个 setTimeout() 函数被调用，因此它被推到堆栈的顶部。setTimeout()有两个参数:

setTimeout() 方法在web api环境中启动一个2s的计时器。此时，setTimeout()已经完成，并从堆栈中弹出。cosole.log(“the end”) 被推送到堆栈中，在完成后执行并从堆栈中删除。

同时，计时器已经过期，现在回调被推送到消息队列。但是回调不会立即执行，这就是事件轮询开始的地方。

事件轮询

事件轮询的工作是监听调用堆栈，并确定调用堆栈是否为空。如果调用堆栈是空的，它将检查消息队列，看看是否有任何挂起的回调等待执行。

在这种情况下，消息队列包含一个回调，此时调用堆栈为空。因此，事件轮询将回调推到堆栈的顶部。

然后是 console.log(“Async Code”) 被推送到堆栈顶部，执行并从堆栈中弹出。此时，回调已经完成，因此从堆栈中删除它，程序最终完成。

消息队列还包含来自DOM事件(如单击事件和键盘事件)的回调。例如:

document.querySelector(".btn").addEventListener("click", (event) => {
  console.log("Button Clicked");
});
复制代码;

对于DOM事件，事件侦听器位于web api环境中，等待某个事件(在本例中单击event)发生，当该事件发生时，回调函数被放置在等待执行的消息队列中。

同样，事件轮询检查调用堆栈是否为空，并在调用堆栈为空并执行回调时将事件回调推送到堆栈。

延迟函数执行

咱们还可以使用setTimeout来延迟函数的执行，直到堆栈清空为止。例如

const bar = () => {
  console.log("bar");
};
const baz = () => {
  console.log("baz");
};
const foo = () => {
  console.log("foo");
  setTimeout(bar, 0);
  baz();
};
foo();
复制代码;

打印结果：

foo
baz
bar
复制代码

当这段代码运行时，第一个函数foo()被调用，在foo内部我们调用console.log('foo')，然后setTimeout()被调用，bar()作为回调函数和时0秒计时器。

现在，如果咱们没有使用 setTimeout, bar() 函数将立即执行，但是使用 setTimeout 和0秒计时器，将bar的执行延迟到堆栈为空的时候。

0秒后，bar()回调被放入等待执行的消息队列中，但是它只会在堆栈完全空的时候执行，也就是在baz和foo函数完成之后。

ES6 任务队列

我们已经了解了异步回调和DOM事件是如何执行的，它们使用消息队列存储等待执行所有回调。

ES6引入了任务队列的概念，任务队列是 JS 中的 promise 所使用的。消息队列和任务队列的区别在于，任务队列的优先级高于消息队列，这意味着任务队列中的promise 作业将在消息队列中的回调之前执行，例如：

const bar = () => {
  console.log("bar");
};

const baz = () => {
  console.log("baz");
};

const foo = () => {
  console.log("foo");
  setTimeout(bar, 0);
  new Promise((resolve, reject) => {
    resolve("Promise resolved");
  })
    .then((res) => console.log(res))
    .catch((err) => console.log(err));
  baz();
};

foo();
复制代码;

打印结果：

foo
baz
Promised resolved
bar
复制代码

咱们可以看到 promise 在 setTimeout 之前执行，因为 promise 响应存储在任务队列中，任务队列的优先级高于消息队列。

小结

因此，咱们了解了异步 JS 是如何工作的，以及调用堆栈、事件循环、消息队列和任务队列等概念，这些概念共同构成了 JS 运行时环境。虽然成为一名出色的JS开发人员并不需要学习所有这些概念，但是了解这些概念是有帮助的。

原文转自：https://fe.ecool.fun/topic/696a79c6-1e6d-4e66-ad11-2e072c9c62d7