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一直以来都知道 JavaScript 是一门单线程语言，在笔试过程中不断的遇到一些输出结果的问题，考量的是对异步编程掌握情况。一般被问到异步的时候脑子里第一反应就是 Ajax，setTimseout… 这些东西。在平时做项目过程中，基本大多数操作都是异步的。JavaScript 异步都是通过回调形式完成的，开发过程中一直在处理回调，可能不知不觉中自己就已经处在 回调地狱 中。
浏览器线程
在开始之前简单的说一下浏览器的线程，对浏览器的作业有个基础的认识。之前说过 JavaScript 是单线程作业，但是并不代表浏览器就是单线程的。
在 JavaScript 引擎中负责解析和执行 JavaScript 代码的线程只有一个。但是除了这个主进程以外，还有其他很多辅助线程。那么诸如 onclick 回调，setTimeout，Ajax这些都是怎么实现的呢？即浏览器搞了几个其他线程去辅助 JavaScript 线程的运行。
浏览器有很多线程，例如：
- GUI 渲染线程 – GUI 渲染线程处于挂起状态的，也就是冻结状态
- JavaScript 引擎线程 – 用于解析 JavaScript 代码
- 定时器触发线程 – 浏览器定时计数器并不是 js 引擎计数
- 浏览器事件线程 – 用于解析 BOM 渲染等工作
- http 线程 – 主要负责数据请求
- EventLoop 轮询处理线程 – 事件被触发时该线程会把事件添加到待处理队列的队尾
- 等等等
从上面来看可以得出，浏览器其实也做了很多事情，远远的没有想象中的那么简单，上面这些线程中 GUI 渲染线程,JavaScript 引擎线程, 浏览器事件线程 是浏览器的常驻线程。
当浏览器开始解析代码的时候，会根据代码去分配给不同的辅助线程去作业。
进程
进程是指在操作系统中正在运行的一个应用程序
线程
线程是指进程内独立执行某个任务的一个单元。线程自己基本上不拥有系统资源，只拥有一点在运行中必不可少的资源(如程序计数器，一组寄存器和栈)。
进程中包含线程，一个进程中可以有 N 个进程。我们可以在电脑的任务管理器中查看到正在运行的进程，可以认为一个进程就是在运行一个程序，比如用浏览器打开一个网页，这就是开启了一个进程。但是比如打开 3 个浏览器，那么就开启了 3 个进程。
同步 & 异步
既然要了解同步异步当然要简单的说一下同步和异步。说到同步和异步最有发言权的真的就属 Ajax 了，为了让例子更加明显没有使用 Ajax 举例。(●ˇ∀ˇ●)
同步
同步会逐行执行代码，会对后续代码造成阻塞，直至代码接收到预期的结果之后，才会继续向下执行。
console.log(1);
alert("同步");
console.log(2);
// 结果：// 1
// 同步
// 2异步
如果在函数返回的时候，调用者还不能够得到预期结果，而是将来通过一定的手段得到结果（例如回调函数），这就是异步。
console.log(1);
setTimeout(() => {alert("异步");
},0);
console.log(2);
// 结果：// 1
// 2
// 异步为什么 JavaScript 要采用异步编程
一开始就说过，JavaScript是一种单线程执行的脚本语言（这可能是由于历史原因或为了简单而采取的设计）。它的单线程表现在任何一个函数都要从头到尾执行完毕之后，才会执行另一个函数，界面的更新、鼠标事件的处理、计时器（setTimeout、setInterval等）的执行也需要先排队，后串行执行。假如有一段 JavaScript 从头到尾执行时间比较长，那么在执行期间任何 UI 更新都会被阻塞，界面事件处理也会停止响应。这种情况下就需要异步编程模式，目的就是把代码的运行打散或者让 IO 调用（例如AJAX）在后台运行，让界面更新和事件处理能够及时地运行。
JavaScript语言的设计者意识到，这时主线程完全可以不管 IO 设备，挂起处于等待中的任务，先运行排在后面的任务。等到 IO 设备返回了结果，再回过头，把挂起的任务继续执行下去。
异步运行机制：
- 所有同步任务都在主线程上执行，形成一个执行栈。
- 主线程之外，还存在一个
任务队列。只要异步任务有了运行结果，就在任务队列之中放置一个事件。 - 一旦
执行栈中的所有同步任务执行完毕，系统就会读取任务队列，看看里面有哪些事件。那些对应的异步任务，于是结束等待状态，进入执行栈，开始执行。 - 主线程不断重复上面的第三步。
举个例子：
<button onclick="updateSync()"> 同步 </button>
<button onclick="updateAsync()"> 异步 </button>
<div id="output"></div>
<script>
function updateSync() {for (var i = 0; i < 1000000; i++) {document.getElementById('output').innerHTML = i;
}
}
function updateAsync() {
var i = 0;
function updateLater() {document.getElementById('output').innerHTML = (i++);
if (i < 1000000) {setTimeout(updateLater, 0);
}
}
updateLater();}
</script>点击 同步 按钮会调用 updateSync 的同步函数，逻辑非常简单，循环体内每次更新 output 结点的内容为 i。如果在其他多线程模型下的语言，你可能会看到界面上以非常快的速度显示从0 到999999后停止。但是在 JavaScript 中，你会感觉按钮按下去的时候卡了一下，然后看到一个最终结果 999999，而没有中间过程，这就是因为在updateSync 函数运行过程中 UI 更新被阻塞，只有当它结束退出后才会更新 UI。反之，当点击 异步 的时候，会明显的看到 Dom 在逐步更新的过程。
从上面的例子中可以明显的看出，异步编程对于 JavaScript 来说是多么多么的重要。
异步编程有什么好处
从编程方式来讲当然是同步编程的方式更为简单，但是同步有其局限性一是假如是单线程那么一旦遇到阻塞调用，会造成整个线程阻塞，导致 cpu 无法得到有效利用，而浏览器的 JavaScript 执行和浏览器渲染是运行在单线程中，一旦遇到阻塞调用不仅意味 JavaScript 的执行被阻塞更意味整个浏览器渲染也被阻塞这就导致界面的卡死，若是多线程则不可避免的要考虑互斥和同步问题，而互斥和同步带来复杂度也很大，实际上浏览器下因为同时只能执行一段 JavaScript 代码这意味着不存在互斥问题，但是同步问题仍然不可避免，以往回调风格中异步的流程控制（其实就是同步问题）也比较复杂。浏览器端的编程方式也即是 GUI 编程，其本质就是事件驱动的（鼠标点击，Http 请求结束等）异步编程更为自然。
突然有个疑问，既然如此为什么 JavaScript 没有使用多线程作业呢？就此就去 Google 了一下 JavaScript 多线程，在HTML5 推出之后是提供了多线程只是比较局限。在使用多线程的时候无法使用 window 对象。若 JavaScript 使用多线程，在 A 线程中正在操作 DOM，但是B 线程中已经把该 DOM 已经删除了（只是简单的小栗子，可能还有很多问题，至于这些历史问题无从考究了）。会给编程作业带来很大的负担。就我而言我想这也就说明了为什么 JavaScript 没有使用异步编程的原因吧。
异步与回调
回调到底属于异步么？会想起刚刚开始学习 JavaScript 的时候常常吧这两个概念混合在一起。在搞清楚这个问题，首先要明白什么是回调函数。
百科：回调函数; 回调函数是一个函数，它作为参数传递给另一个函数，并在父函数完成后执行。回调的特殊之处在于，出现在“父类”之后的函数可以在回调执行之前执行。另一件需要知道的重要事情是如何正确地传递回调。这就是我经常忘记正确语法的地方。
通过上面的解释可以得出，回调函数本质上其实就是一种设计模式，例如我们熟悉的 JQuery 也只不过是遵循了这个设计原则而已。在 JavaScript 中，回调函数具体的定义为：函数 A 作为参数 (函数引用) 传递到另一个函数 B 中，并且这个函数 B 执行函数 A。我们就说函数A 叫做回调函数。如果没有名称(函数表达式)，就叫做匿名回调函数。
简单的举个小例子：
function test (n,fn){console.log(n);
fn && fn(n);
}
console.log(1);
test(2);
test(3,function(n){console.log(n+1)
});
console.log(5)
// 结果
// 1
// 2
// 3
// 4
// 5通过上面的代码输出的结果可以得出回调函数不一定属于异步，一般同步会阻塞后面的代码，通过输出结果也就得出了这个结论。回调函数，一般在同步情境下是最后执行的，而在异步情境下有可能不执行，因为事件没有被触发或者条件不满足。
回调函数应用场景
- 资源加载：动态加载 js 文件后执行回调，加载 iframe 后执行回调，ajax 操作回调，图片加载完成执行回调，AJAX 等等。
- DOM 事件及 Node.js 事件基于回调机制(Node.js 回调可能会出现多层回调嵌套的问题)。
- setTimeout 的延迟时间为 0，这个 hack 经常被用到，settimeout 调用的函数其实就是一个 callback 的体现
- 链式调用：链式调用的时候，在赋值器 (setter) 方法中 (或者本身没有返回值的方法中) 很容易实现链式调用，而取值器 (getter) 相对来说不好实现链式调用，因为你需要取值器返回你需要的数据而不是 this 指针，如果要实现链式方法，可以用回调函数来实现。
- setTimeout、setInterval 的函数调用得到其返回值。由于两个函数都是异步的，即：调用时序和程序的主流程是相对独立的，所以没有办法在主体里面等待它们的返回值，它们被打开的时候程序也不会停下来等待，否则也就失去了 setTimeout 及 setInterval 的意义了，所以用 return 已经没有意义，只能使用 callback。callback 的意义在于将 timer 执行的结果通知给代理函数进行及时处理。
JavaScript 中的那些异步操作
JavaScript既然有很多的辅助线程，不可能所有的工作都是通过主线程去做，既然分配给辅助线程去做事情。
XMLHttpRequest
XMLHttpRequest对象应该不是很陌生的，主要用于浏览器的数据请求与数据交互。XMLHttpRequest对象提供两种请求数据的方式，一种是 同步 ，一种是 异步。可以通过参数进行配置。默认为异步。
对于 XMLHttpRequest 这里就不作太多的赘述了。
var xhr = new XMLHttpRequest();
xhr.open("GET", url, false); // 同步方式请求
xhr.open("GET", url, true); // 异步
xhr.send();同步 Ajax 请求：
当请求开始发送时，浏览器事件线程 通知 主线程 ，让Http 线程 发送数据请求，主线程收到请求之后，通知 Http 线程 发送请求，Http 线程 收到 主线程 通知之后就去请求数据，等待服务器响应，过了 N 年之后，收到请求回来的数据，返回给 主线程 数据已经请求完成，主线程 把结果返回给了 浏览器事件线程，去完成后续操作。
异步 Ajax 请求：
当请求开始发送时，浏览器事件线程 通知，浏览器事件线程 通知 主线程 ，让Http 线程 发送数据请求，主线程收到请求之后，通知 Http 线程 发送请求，Http 线程 收到 主线程 通知之后就去请求数据，并通知 主线程 请求已经发送，主进程 通知 浏览器事件线程 已经去请求数据，则 浏览器事件线程，只需要等待结果，并不影响其他工作。
setInterval&setTimeout
setInterval与 setTimeout 同属于异步方法，其异步是通过回调函数方式实现。其两者的区别则 setInterval 会连续调用回调函数，则 setTimeout 会延时调用回调函数只会执行一次。
setInterval(() => {alert(1)
},2000)
// 每隔 2s 弹出一次 1
setTimeout(() => {alert(2)
},2000)
// 进入页面后 2s 弹出 2，则不会再次弹出requestAnimationFarme
requestAnimationFrame字面意思就是去请求动画帧，在没有 API 之前都是基于 setInterval，与setInterval 相比，requestAnimationFrame最大的优势是由系统来决定回调函数的执行时机。具体一点讲，如果屏幕刷新率是 60Hz, 那么回调函数就每16.7ms 被执行一次，如果刷新率是 75Hz，那么这个时间间隔就变成了1000/75=13.3ms，换句话说就是，requestAnimationFrame 的步伐跟着系统的刷新步伐走。它能保证回调函数在屏幕每一次的刷新间隔中只被执行一次，这样就不会引起丢帧现象，也不会导致动画出现卡顿的问题。
举个小例子：
var progress = 0;
// 回调函数
function render() {
progress += 1; // 修改图像的位置
if (progress < 100) {
// 在动画没有结束前，递归渲染
window.requestAnimationFrame(render);
}
}
// 第一帧渲染
window.requestAnimationFrame(render);Object.observe – 观察者
Object.observe是一个提供数据监视的 API，在chrome 中已经可以使用。是 ECMAScript 7 的一个提案规范，官方建议的是 谨慎使用 级别，但是个人认为这个 API 非常有用，例如可以对现在流行的 MVVM 框架作一些简化和优化。虽然标准还没定，但是标准往往是滞后于实现的，只要是有用的东西，肯定会有越来越多的人去使用，越来越多的引擎会支持，最终促使标准的生成。从 observe 字面意思就可以知道，这玩意儿就是用来做观察者模式之类。
var obj = {a: 1};
Object.observe(obj, output);
obj.b = 2;
obj.a = 2;
Object.defineProperties(obj, {a: { enumerable: false}}); // 修改属性设定
delete obj.b;
function output(change) {console.log(1)
}Promise
Promise是对异步编程的一种抽象。它是一个代理对象，代表一个必须进行异步处理的函数返回的值或抛出的异常。也就是说 Promise 对象代表了一个异步操作，可以将异步对象和回调函数脱离开来，通过 then 方法在这个异步操作上面绑定回调函数。
在 Promise 中最直观的例子就是 Promise.all 统一去请求，返回结果。
var p1 = Promise.resolve(3);
var p2 = 42;
var p3 = new Promise(function(resolve, reject) {setTimeout(resolve, 100, 'foo');
});
Promise.all([p1, p2, p3]).then(function(values) {console.log(values);
});
// expected output: Array [3, 42, "foo"]Generator&Async/Await
ES6的 Generator 却给异步操作又提供了新的思路，马上就有人给出了如何用 Generator 来更加优雅的处理异步操作。Generator函数是协程在 ES6 的实现，最大特点就是可以交出函数的执行权（即暂停执行）。整个 Generator 函数就是一个封装的异步任务，或者说是异步任务的容器。异步操作需要暂停的地方，都用 yield 语句注明。Generator函数的执行方法如下。
function * greneratorDome(){
yield "Hello";
yield "World";
return "Ending";
}
let grenDome = greneratorDome();
console.log(grenDome.next());
// {value: "Hello", done: false}
console.log(grenDome.next());
// {value: "World", done: false}
console.log(grenDome.next());
// {value: "Ending", done: true}
console.log(grenDome.next());
// {value: undefined, done: true}粗略实现Generator
function makeIterator(array) {
var nextIndex = 0;
return {next: function() {
return nextIndex < array.length ?
{value: array[nextIndex++], done: false} :
{value: undefined, done: true};
}
};
}
var it = makeIterator(['a', 'b']);
it.next() // { value: "a", done: false}
it.next() // { value: "b", done: false}
it.next() // { value: undefined, done: true}Async/Await与 Generator 类似，Async/await是 Javascript 编写异步程序的新方法。以往的异步方法无外乎回调函数和 Promise。但是Async/await 建立于 Promise 之上, 个人理解是使用了 Generator 函数做了语法糖。async函数就是隧道尽头的亮光，很多人认为它是异步操作的终极解决方案。
function a(){return new Promise((resolve,reject) => {console.log("a 函数")
resolve("a 函数")
})
}
function b (){return new Promise((resolve,reject) => {console.log("b 函数")
resolve("b 函数")
})
}
async function dome (){let A = await a();
let B = await b();
return Promise.resolve([A,B]);
}
dome().then((res) => {console.log(res);
});Node.js 异步 I /O
当我们发起 IO 请求时，调用的是各个不同平台的操作系统内部实现的线程池内的线程。这里的 IO 请求可不仅仅是读写磁盘文件，在 *nix 中，将计算机抽象了一层，磁盘文件、硬件、套接字等几乎所有计算机资源都被抽象为文件，常说的 IO 请求就是抽象后的文件。完成 Node 整个异步 IO 环节的有事件循环、观察者、请求对象。
事件循环机制
单线程就意味着，所有任务需要排队，前一个任务结束，才会执行后一个任务。如果前一个任务耗时很长，后一个任务就不得不一直等着。于是就有一个概念，任务队列。如果排队是因为计算量大，CPU忙不过来，倒也算了，但是很多时候 CPU 是闲着的，因为 IO 设备（输入输出设备）很慢（比如 Ajax 操作从网络读取数据），不得不等着结果出来，再往下执行。
事件循环是 Node 的自身执行模型，正是事件循环使得回调函数得以在 Node 中大量的使用。在进程启动时 Node 会创建一个 while(true) 死循环，这个和 Netty 也是一样的，每次执行循环体，都会完成一次 Tick。每个Tick 的过程就是查看是否有事件等待被处理。如果有，就取出事件及相关的回调函数，并执行关联的回调函数。如果不再有事件处理就退出进程。
线程只会做一件事情，就是从事件队列里面取事件、执行事件，再取事件、再事件。当消息队列为空时，就会等待直到消息队列变成非空。而且主线程只有在将当前的消息执行完成后，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。
while(true) {var message = queue.get();
execute(message);
}我们可以把整个事件循环想象成一个事件队列，在进入事件队列时开始对事件进行弹出操作，直至事件为 0 为止。
process.nextTick
process.nextTick()方法可以在当前 ” 执行栈 ” 的尾部 –> 下一次 Event Loop（主线程读取 ” 任务队列 ”）之前 –> 触发process 指定的回调函数。也就是说，它指定的任务总是发生在所有异步任务之前，当前主线程的末尾。（nextTick虽然也会异步执行，但是不会给其他 io 事件执行的任何机会）;
process.nextTick(function A() {console.log(1);
process.nextTick(function B(){console.log(2);});
});
setTimeout(function C() {console.log(3');
}, 0);
// 1
// 2
// 3异步过程的构成要素
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。
一个异步过程的整个过程：主线程发一起一个异步请求，相应的工作线程接收请求并告知主线程已收到通知（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）。
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（回调函数）也是这个函数的参数，但是它比较特殊所以单独列出来。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;
- 回调函数 callbackFn
它们都是主线程上调用的，其中注册函数用来发起异步过程，回调函数用来处理结果。
举个具体的栗子：
setTimeout(function,1000);其中 setTimeout 就是异步过程的发起函数，function是回调函数。
注：前面说得形式 A(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;
xhr.open('GET'，url);
xhr.send(); 总结
JavaScript的异步编程模式不仅是一种趋势，而且是一种必要，因此作为 HTML5 开发者是非常有必要掌握的。采用第三方的异步编程库和异步同步化的方法，会让代码结构相对简洁，便于维护，推荐开发人员掌握一二，提高团队开发效率。
