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超硬核五千字！彻底讲明白JavaScript中的异步和同步，以及JavaScript代码执行顺序

2024-10-21 05:00:09基础资料围观78次

文章超硬核五千字！彻底讲明白JavaScript中的异步和同步，以及JavaScript代码执行顺序分享给大家，欢迎收藏Java资料网，专注分享技术知识

同步操作和异步操作是编程中处理任务的两种不同方式，它们主要区别在于控制流和对程序执行的影响。不知道大家是怎么理解JavaScript中的同步和异步的？JavaScript的代码执行顺序是怎么样？下面这段代码是同步还是异步的？

console.log('Start');
const response = await fetch('https://juejin.cn');
const data = await response.json();
console.log('Data received:', data);
console.log('End');

同步操作 (Synchronous)

定义: 同步操作会阻塞当前线程或进程，直到该操作完成。这意味着当一段代码执行同步操作时，后面的代码必须等待该操作完成才能继续执行。在同步操作中，任务按顺序执行，一个任务必须完成后才能执行下一个任务。这种方式会阻塞程序的执行，直到当前任务完成。

特点:

简单直观，代码按照从上到下的顺序执行。
在执行耗时操作时会阻塞其他任务，可能导致UI无响应（在前端JavaScript中）。

JavaScript示例:

console.log('Start');
function synchronousTask() {
    for (let i = 0; i < 1000000000; i++) { /* 耗时任务 */}
    console.log('Task done');
}
synchronousTask();
console.log('End');

在这个例子中，循环是一个简单的模拟耗时操作。当这段代码执行时，console.log('Start'); 先执行并打印 Start，synchronousTask(); 开始执行，直到循环结束，才会打印出 “End”。在此期间，无法处理其他任务或用户交互。

异步操作 (Asynchronous)

定义: 异步操作允许程序在等待某个操作完成的同时继续执行其他任务，不阻塞当前线程。异步操作通常用于处理I/O操作、网络请求、定时器等潜在的长时间操作。

特点:

程序可以继续执行其他任务，提高应用的响应性和性能，特别是在处理I/O密集型任务时。
代码逻辑更复杂，需要回调函数、Promises或async/await来处理异步流程。

我们从代码中理解异步，这里使用一个定时器，JavaScript示例:

console.log('Start');

function asynchronousTask() {
    setTimeout(() => {
        console.log('Task done');
    }, 1000);
}

asynchronousTask();

console.log('End');

在这段代码中，执行顺序如下所示：

console.log('Start'); 先执行并打印 Start
asynchronousTask(); 开始执行，setTimeout 设置了一个异步任务，这个任务在 1 秒后执行，但不会阻塞程序
console.log('End'); 立即执行并打印 End
1 秒后，异步任务完成，console.log('Task done'); 执行并打印 Task done

但是一般在写代码的时候，我们的异步操作肯定不是通过定时器完成的，下面给大家展示两种异步操作写法，分别如下所示：

1、使用 `Promise` 处理异步操作

console.log('Start');

function asynchronousTask() {
    return new Promise((resolve) => {
        setTimeout(() => {
            resolve('Task done');
        }, 1000);
    });
}

asynchronousTask().then(message => {
    console.log(message);
});

console.log('End');

在这个例子中：

asynchronousTask 返回一个 Promise，它在 1 秒后解决（resolve）
console.log('Start'); 和 console.log('End'); 立即执行
1 秒后，Promise 被解决，console.log(message); 打印 Task done

2、使用 `async/await` 处理异步操作

console.log('Start');

async function runAsyncTask() {
    const message = await asynchronousTask();
    console.log(message);
}

runAsyncTask();

console.log('End');

在这个例子中：

async 函数 runAsyncTask 内部使用 await 等待 asynchronousTask 完成，但不会阻塞外部代码
console.log('Start'); 和 console.log('End'); 立即执行
1 秒后，asynchronousTask 完成，console.log(message); 打印 Task done

现在是不是对同步和异步的概念有了基本的认识，咱们再回到文章最开始的代码，结论是那段代码不是同步的，而是异步的。在上面代码中，遇到 await 等待结果阻塞代码执行了，为什么不说它是同步？

为了更好地理解，可以将这段代码放在一个异步函数中执行：

async function fetchData() {
    console.log('Start');

    const response = await fetch('https://api.example.com/data');
    const data = await response.json();
    console.log('Data received:', data);

    console.log('End');
}

fetchData();

我们先理解一下这个关键词：await关键字会暂停当前的异步函数，等待异步操作完成，但不会阻塞外部代码，不会阻塞事件循环。

在这个例子中，fetchData是一个异步函数，尽管await关键字会暂停它的执行，但它不会阻塞整个程序的执行。因此，这段代码是异步的，而不是同步的。假设fetchData函数后面有一个输出，它可能先执行的。

await 仅会暂停当前异步函数的执行，让出控制权给事件循环，以便处理其他任务。

当一个异步函数遇到 await 时，它会暂停该函数的执行，等待 Promise 被解决（resolved）或者被拒绝（rejected）。然而，这种暂停并不等同于传统的同步阻塞，因为其他任务依然可以执行。

咱们接下来通过一段代码来展示什么是阻塞整个程序的执行。在JavaScript中，阻塞代码通常是指那些在执行时会阻塞事件循环，导致其他任务无法执行的代码。常见的例子包括使用同步的I/O操作或长时间运行的计算。

以下是一个使用同步I/O操作的例子，这种操作会阻塞整个程序的执行：

const fs = require('fs');

function readFileSync() {
    // 打印"Start"到控制台
    console.log('Start');

    // 同步读取文件的内容
    // 在文件读取完成之前，这行代码会阻塞事件循环，其他任务无法执行
    const data = fs.readFileSync('/opt/xiaodou.txt', 'utf8');
    // 打印读取到的文件内容到控制台
    console.log('File data:', data);
    // 打印"End"到控制台
    console.log('End');
}

readFileSync();

在这个例子中，fs.readFileSync是一个同步的文件读取操作，它会阻塞事件循环，直到文件读取完成。在读取文件的过程中，其他任务无法执行，整个程序的执行被阻塞。

这段代码的执行顺序是严格线性的，整个程序会在读取文件时被阻塞，直到读取操作完成。

为了对比，可以看一下使用异步I/O操作的代码，这样的代码不会阻塞事件循环：

const fs = require('fs');

function readFileAsync() {
    console.log('Start');

    // 读取文件的异步操作，这不会阻塞事件循环
    fs.readFile('/opt/xiaodou.txt', 'utf8', (err, data) => {
        if (err) {
            console.error('Error reading file:', err);
            return;
        }
        console.log('File data:', data);
    });

    console.log('End');
}

readFileAsync();

在这个例子中，fs.readFile是一个异步的文件读取操作，它不会阻塞事件循环，程序可以继续执行其他任务。

现在对JavaScript中的同步是不是有一些理解：导致整个程序的执行被阻塞是同步，只是暂停当前函数执行是异步，使用await关键字时，它会暂停当前异步函数的执行，等待异步操作完成，但不会阻塞事件循环，其他任务可以继续执行。

我们来看一下阻塞整个程序的代码，不仅会阻塞当前函数，还会阻塞整个事件循环，影响所有其他任务的执行，咱们现在在上面的同步函数中增加一个定时器，那么你猜猜定时器还能定时执行吗？

修改后的代码如下所示：

const fs = require('fs');

function readFileSync() {
    console.log('Start');

    // 设置一个定时器，计划在1秒后执行
    setTimeout(() => {
        console.log('Timer executed');
    }, 1000);

    // 同步读取文件的操作，这会阻塞事件循环
    const data = fs.readFileSync('/opt/xiaodou.txt', 'utf8');
    console.log('File data:', data);

    console.log('End');
}

readFileSync();

在这个例子中，fs.readFileSync是一个同步操作，它会阻塞事件循环，假设文件在1秒后无法读取完成，那么定时器无法在预定的1秒后执行。只有当文件读取操作完成后，定时器才会有机会执行。

事件循环是啥？

在上面我们一直提到事件循环，事件循环（Event Loop）是JavaScript运行时的一个重要机制，它允许非阻塞的异步编程，即使JavaScript是单线程的。事件循环负责管理和调度异步操作的执行，使得异步任务能够在任务完成后被处理，而不会阻塞主线程。

事件循环的工作原理

调用栈（Call Stack）：

JavaScript引擎有一个调用栈，这是一个LIFO（后进先出）数据结构，用于跟踪正在执行的函数。
当一个函数被调用时，它会被推入调用栈，当函数执行完成后，它会从调用栈中弹出。

任务队列（Task Queue）：

任务队列是一个FIFO（先进先出）数据结构，用于存储等待执行的回调函数。
异步操作（如定时器、网络请求、事件处理等）完成后，其回调函数会被放入任务队列中。

事件循环（Event Loop）：

事件循环不断地检查调用栈是否为空。
如果调用栈为空，并且任务队列中有待处理的任务，事件循环会将任务队列中的第一个任务移到调用栈中执行。

是不是感觉很难理解呢？接下来咱们结合代码理解一这一块的内容。

1、简单的示例

还是使用定时器的代码示例，说明一下事件循环的工作原理：

console.log('Start');

setTimeout(() => {
    console.log('Timer executed');
}, 1000);

console.log('End');

执行过程：

输出结果：

Start
End
Timer executed

2、复杂的代码

让我们看一个更复杂的例子，包含多个异步操作：

console.log('Start');

setTimeout(() => {
    console.log('Timeout 1');
}, 500);

setTimeout(() => {
    console.log('Timeout 2');
}, 100);

Promise.resolve().then(() => {
    console.log('Promise 1');
});

Promise.resolve().then(() => {
    console.log('Promise 2');
});

console.log('End');

执行过程：

输出结果：

Start
End
Promise 1
Promise 2
Timeout 2
Timeout 1

同学们，是不是发现个有趣的东西，这里多了一个微任务队列，那么微任务队列是什么？和任务队列是什么关系？

微任务和宏任务又是啥？

在JavaScript中，微任务（microtasks）和宏任务（macrotasks）是事件循环中处理异步任务的两种类型。它们代表了不同优先级的任务队列，事件循环会按照特定的顺序执行这些任务。

宏任务（Macro Task）

这个实际上就是咱们之前提到的任务队列中的任务。宏任务是那些在每个执行栈执行完毕后，从事件队列中取出并执行的任务。宏任务的执行频率低于微任务，因为它们需要等待整个执行栈清空后再执行。它们通常包括以下几类操作：

setTimeout
setInterval
setImmediate()（Node.js特有）
requestAnimationFrame()（浏览器特有）
I/O 操作
UI渲染（浏览器）
其他一些异步任务

宏任务会被推入到任务队列中，事件循环会从任务队列中依次取出宏任务并执行。简单记忆就是：需要较长时间才来完成的任务，毕竟宏伟的工程往往需要很长的时间。

微任务（Microtasks）

微任务是一些需要在当前任务执行完毕后立即执行的任务。它们通常是由Promises、process.nextTick（Node.js特有）或者MutationObserver等机制产生的。微任务队列优先级高于宏任务队列，这意味着在每个宏任务执行完毕后，事件循环会优先处理微任务队列中的所有任务，然后再处理下一个宏任务。它们通常包括以下几类操作：

Promises的.then()、.catch()和.finally()回调
process.nextTick()（Node.js）
queueMicrotask()（浏览器和Node.js）
MutationObserver（用于监听DOM变化）

微任务会被推入到微任务队列中，事件循环在每次执行完一个宏任务后，会检查并执行所有微任务，直到微任务队列为空。简单速记：微任务是指哪些需要尽快被完成的任务，小事要尽快做，拖久了就变大事了

干说有点费劲，给同学们来张流程图描述事件循环的基本原理：

有任务

无任务

是

有微任务

无微任务

有宏任务

无宏任务

开始事件循环

同步任务队列

执行同步任务

检查微任务队列

任务执行完毕

执行微任务

检查宏任务队列

执行宏任务

等待新任务

这是一个简化的时序图，事件循环的主要步骤如下：

开始事件循环：JavaScript引擎开始执行代码。
同步任务队列：引擎首先检查同步任务队列（实际上是调用栈中的任务），执行队列中的任务。
执行同步任务：引擎开始执行同步任务，直到队列为空。
检查微任务队列：同步任务执行完毕后，引擎检查微任务队列。
执行微任务：如果有微任务（如Promise的.then()回调），引擎会执行这些微任务。
检查宏任务队列：微任务执行完毕后，引擎检查宏任务队列。
执行宏任务：如果有宏任务（如setTimeout回调），引擎会执行这些宏任务。执行完毕后再次检查微任务队列。
等待新任务：如果宏任务执行完毕，引擎会等待新的任务（如新的异步操作或宏任务）。
循环：引擎会不断地循环执行上述步骤。

同学们这时候会不会有很多疑问，如果觉得上面的文字还不好理解，咱们接下来跟着代码走一遍。

代码示例讲解

咱们还是在上面代码的基础上做修改，这里增加一个包含await的方法，代码如下所示：

console.log('Start'); // 同步任务，立即执行

setTimeout(() => {
    console.log('Timeout 1'); // 宏任务，500ms后执行
}, 500);

setTimeout(() => {
    console.log('Timeout 2'); // 宏任务，100ms后执行
}, 100);

async function asyncFunction() {
    console.log('Async Function Start'); // 同步任务，立即执行
    await Promise.resolve().then(() => { 
        console.log('Inside Async Function - Promise Resolved'); // 微任务，放入微任务队列 
    });
    console.log('Async Function End'); // 微任务，放入微任务队列
}

asyncFunction(); // 调用异步函数

Promise.resolve().then(() => {
    console.log('Promise 1'); // 微任务，放入微任务队列
});

Promise.resolve().then(() => {
    console.log('Promise 2'); // 微任务，放入微任务队列
});

console.log('End'); // 同步任务，立即执行

时序图

详细解释一下代码中的任务都有哪些：

同步任务立即执行：

console.log('Start'); 立即执行，输出 “Start”。
setTimeout(..., 500)：注册一个500ms后的宏任务。
setTimeout(..., 100)：注册一个100ms后的宏任务。
调用 asyncFunction()：
- console.log('Async Function Start'); 立即执行，输出 “Async Function Start”。
- await Promise.resolve().then(...)：注册一个微任务。
Promise.resolve().then(...)：注册两个微任务。
console.log('End'); 立即执行，输出 “End”。

微任务执行：

console.log('Inside Async Function - Promise Resolved');（在 asyncFunction 中的微任务）
console.log('Async Function End');（在 asyncFunction 中的微任务）
console.log('Promise 1');（在主代码块中的微任务）
console.log('Promise 2');（在主代码块中的微任务）

宏任务执行：

Timeout 2：100ms后输出 “Timeout 2”。
Timeout 1：500ms后输出 “Timeout 1”。

代码运行输出结果如下所示：

Start
Async Function Start
End
Inside Async Function - Promise Resolved
Async Function End
Promise 1
Promise 2
Timeout 2
Timeout 1

脑洞大开，搞事情

咱们能写一个阻塞事件循环的函数吗？

现在我们已经了解了基本原理，那么我们肯定可以搞点事情，我们可以使用循环阻止其他任务的执行，如下所示，这个函数会在指定的时间内阻塞事件循环，使得其他任务（包括异步操作和定时器）无法执行。

function blockEventLoop(duration) {
    const startTime = Date.now();
    while (Date.now() - startTime < duration) {
        // 这个循环会一直运行，直到达到指定的持续时间
    }
    console.log(`Blocked for ${duration} ms`);
}

// 示例用法
console.log('Start');

setTimeout(() => {
    console.log('Timeout executed');
}, 1000);

blockEventLoop(3000);  // 阻塞事件循环3秒

console.log('End');

我们来分析一下执行过程

开始执行：console.log('Start'); 被推入调用栈，执行并输出 “Start”，然后从调用栈中弹出。
设置定时器：setTimeout 被推入调用栈，设置一个1秒后的定时器。定时器的回调函数被注册，并计划在1秒后执行。最后setTimeout 从调用栈中弹出。
阻塞事件循环：blockEventLoop(3000) 被推入调用栈，开始执行。进入while循环，持续3秒，期间事件循环被阻塞，无法处理其他任务。3秒后，while循环结束，输出 “Blocked for 3000 ms”。最后blockEventLoop 从调用栈中弹出。
继续执行：console.log('End'); 被推入调用栈，执行并输出 “End”，然后从调用栈中弹出。
事件循环处理定时器：由于事件循环被阻塞了3秒，1秒后的定时器未能在预定时间执行。事件循环恢复后，定时器的回调函数被移到调用栈中执行，输出 “Timeout executed”。

代码输出结果如下所示，不知道你对了吗？

Start
Blocked for 3000 ms
End
Timeout executed

注意事项

阻塞事件循环会导致所有其他任务无法执行，不能瞎搞，尤其是在处理用户界面或需要高响应性的应用程序中。不然会被用户骂的。

拓展：JavaScript和Java在同步和异步编程上的差异

因为我之前是做Java开发，所以在这里增加一块两者的对比，有兴趣的可以看一看，JavaScript和Java在处理同步和异步操作方面确实有一些差异，主要体现在它们的运行时环境和编程模型上。

JavaScript中的同步和异步

JavaScript是单线程的，这意味着它一次只能执行一个任务。为了处理异步操作，JavaScript依赖于事件循环（Event Loop）机制。事件循环允许JavaScript在等待异步操作（如网络请求、定时器等）完成时继续执行其他任务，从而实现非阻塞的异步编程。

同步操作：在调用栈中按顺序执行，每个操作必须等待前一个操作完成。
异步操作：通过回调函数、Promise、async/await等机制实现，异步操作完成后会将回调函数放入任务队列，由事件循环调度执行。

Java中的同步和异步

Java是多线程的，支持并发编程。Java中的异步操作通常通过多线程实现，每个线程可以独立执行任务，从而实现并发和并行处理。Java也有丰富的并发工具，如ExecutorService、Future、CompletableFuture等。

同步操作：在一个线程中按顺序执行，每个操作必须等待前一个操作完成。
异步操作：通过多线程、线程池、回调机制等实现，异步操作可以在不同的线程中并发执行。

Java中有没有事件循环？

严格来说，Java没有像JavaScript那样的内置事件循环机制。Java的异步操作主要依赖于多线程和并发工具，而不是事件循环。然而，在某些特定场景和框架中，Java也可以实现类似事件循环的机制。例如：

Swing和JavaFX：Java的GUI框架（如Swing和JavaFX）使用事件调度线程（Event Dispatch Thread，EDT）处理用户界面事件。这类似于事件循环，但仅用于处理GUI事件。
Netty：Netty是一个异步事件驱动的网络应用框架，它实现了自己的事件循环机制，用于处理网络I/O操作。

Java中的异步编程

让咱们看一个Java中的异步编程示例，使用CompletableFuture来实现异步操作：

import java.util.concurrent.CompletableFuture;

public class AsyncExample {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Start");

        CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture.runAsync(() -> {
            try {
                Thread.sleep(1000); // 模拟异步操作
                System.out.println("Async Task Completed");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

        future.thenRun(() -> System.out.println("Callback Executed"));

        System.out.println("End");

        // 等待异步任务完成
        future.join();
    }
}

执行过程

开始执行：System.out.println("Start"); 输出 “Start”。
异步任务：使用CompletableFuture.runAsync启动一个异步任务，在另一个线程中执行。异步任务模拟执行1秒钟，然后输出 “Async Task Completed”。
注册回调：使用thenRun注册一个回调函数，当异步任务完成后执行，输出 “Callback Executed”。
继续执行：System.out.println("End"); 输出 “End”。
等待异步任务完成：使用future.join()等待异步任务完成，确保程序不会过早退出。

输出结果如下所示：

Start
End
Async Task Completed
Callback Executed

现在你对JavaScript中的同步和异步有了解了吗？不知道大家还有什么疑问？

文章来源:https://blog.csdn.net/weixin_43242942/article/details/139730533
本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系邮箱：jacktools123@163.com进行投诉反馈，一经查实，立即删除！

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事件循环是啥？

事件循环的工作原理

1、简单的示例

2、复杂的代码

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宏任务（Macro Task）

微任务（Microtasks）

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