JS引擎线程的执行过程的三个阶段
栏目: JavaScript · 发布时间: 5年前
内容简介:浏览器首先按顺序加载由<script>标签分割的js代码块,加载js代码块完毕后,立刻进入以下三个阶段,然后再按顺序查找下一个代码块,再继续执行以下三个阶段,无论是外部脚本文件(JS引擎线程的执行过程的三个阶段:分析该js脚本代码块的语法是否正确,如果出现不正确,则向外抛出一个语法错误(SyntaxError),停止该js代码块的执行,然后继续查找并加载下一个代码块;如果语法正确,则进入预编译阶段。
浏览器首先按顺序加载由<script>标签分割的js代码块,加载js代码块完毕后,立刻进入以下三个阶段,然后再按顺序查找下一个代码块,再继续执行以下三个阶段,无论是外部脚本文件( 不异步加载 )还是内部脚本代码块,都是一样的原理,并且都在同一个全局作用域中。
JS引擎线程的执行过程的三个阶段:
- 语法分析
- 预编译阶段
- 执行阶段
一. 语法分析
分析该js脚本代码块的语法是否正确,如果出现不正确,则向外抛出一个语法错误(SyntaxError),停止该js代码块的执行,然后继续查找并加载下一个代码块;如果语法正确,则进入预编译阶段。
下面阶段的代码执行不会再进行语法校验,语法分析在代码块加载完毕时统一检验语法。
二. 预编译阶段
1. js的运行环境
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全局环境(JS代码加载完毕后,进入代码预编译即进入全局环境)
-
函数环境(函数调用执行时,进入该函数环境,不同的函数则函数环境不同)
-
eval(不建议使用,会有安全,性能等问题)
每进入一个不同的运行环境都会创建一个相应的 执行上下文 (Execution Context),那么在一段JS程序中一般都会创建多个执行上下文,js引擎会以栈的方式对这些执行上下文进行处理,形成 函数调用栈 (call stack),栈底永远是全局执行上下文(Global Execution Context),栈顶则永远是当前执行上下文。
2. 函数调用栈/执行栈
调用栈,也叫执行栈,具有LIFO(后进先出)结构,用于存储在代码执行期间创建的所有执行上下文。
首次运行JS代码时,会创建一个 全局执行上下文 并Push到当前的执行栈中。每当发生函数调用,引擎都会为该函数创建一个 新的函数执行上下文 并Push到当前执行栈的栈顶。
当栈顶函数运行完成后,其对应的 函数 执行上下文将会从执行栈中Pop出,上下文控制权将移到当前执行栈的 下一个 执行上下文。
var a = 'Hello World!'; function first() { console.log('Inside first function'); second(); console.log('Again inside first function'); } function second() { console.log('Inside second function'); } first(); console.log('Inside Global Execution Context'); // Inside first function // Inside second function // Again inside first function // Inside Global Execution Context复制代码
3. 执行上下文的创建
执行上下文可理解为当前的执行环境,与该运行环境相对应,具体分类如上面所说分为全局执行上下文和函数执行上下文。创建执行上下文的三部曲:
-
创建变量对象(Variable Object)
-
建立作用域链(Scope Chain)
-
确定this的指向
3.1 创建变量对象
-
创建arguments对象 :检查当前上下文中的参数,建立该对象的属性与属性值,仅在函数环境(非箭头函数)中进行,全局环境没有此过程
-
检查当前上下文的函数声明 :按代码顺序查找,将找到的函数提前声明,如果当前上下文的变量对象没有该函数名属性,则在该变量对象以函数名建立一个属性,属性值则为指向该函数所在堆内存地址的引用,如果存在,则会被新的引用覆盖。
-
检查当前上下文的变量声明 :按代码顺序查找,将找到的变量提前声明,如果当前上下文的变量对象没有该变量名属性,则在该变量对象以变量名建立一个属性,属性值为undefined;如果存在,则忽略该变量声明
函数声明提前和变量声明提升是在创建变量对象中进行的,且函数声明优先级高于变量声明。具体是如何函数和变量声明提前的可以看后面。
创建变量对象发生在预编译阶段,但尚未进入执行阶段,该变量对象都是不能访问的,因为此时的变量对象中的变量属性尚未赋值,值仍为undefined,只有进入执行阶段,变量对象中的变量属性进行赋值后,变量对象(Variable Object)转为活动对象(Active Object)后,才能进行访问,这个过程就是VO –> AO过程。
3.2 建立作用域链
通俗理解,作用域链由当前执行环境的变量对象(未进入执行阶段前)与上层环境的一系列活动对象组成,它保证了当前执行环境对符合访问权限的变量和函数的有序访问。
可以通过一个例子简单理解:
var num = 30; function test() { var a = 10; function innerTest() { var b = 20; return a + b } innerTest() } test()复制代码
在上面的例子中,当执行到调用innerTest函数,进入innerTest函数环境。全局执行上下文和test函数执行上下文已进入执行阶段,innerTest函数执行上下文在预编译阶段创建变量对象,所以他们的活动对象和变量对象分别是AO(global),AO(test)和VO(innerTest),而innerTest的作用域链由当前执行环境的变量对象(未进入执行阶段前)与上层环境的一系列活动对象组成,如下:
innerTestEC = { //变量对象 VO: {b: undefined}, //作用域链 scopeChain: [VO(innerTest), AO(test), AO(global)], //this指向 this: window }复制代码
深入理解的话,创建作用域链,也就是创建词法环境,而词法环境有两个组成部分:
- 环境记录 :存储变量和函数声明的实际位置
- 对外部环境的引用 :可以访问其外部词法环境
词法环境类型伪代码如下:
// 第一种类型: 全局环境 GlobalExectionContext = { // 全局执行上下文 LexicalEnvironment: { // 词法环境 EnvironmentRecord: { // 环境记录 Type: "Object", // 全局环境 // 标识符绑定在这里 outer: <null> // 对外部环境的引用 } } // 第二种类型: 函数环境 FunctionExectionContext = { // 函数执行上下文 LexicalEnvironment: { // 词法环境 EnvironmentRecord: { // 环境记录 Type: "Declarative", // 函数环境 // 标识符绑定在这里 // 对外部环境的引用 outer: <Global or outer function environment reference> } }复制代码
在创建变量对象,也就是创建变量环境,而变量环境也是一个词法环境。在 ES6 中, 词法 环境和 变量 环境的区别在于前者用于存储函数声明和变量( let
和 const
)绑定,而后者仅用于存储变量( var
)绑定。
如例子:
let a = 20; const b = 30; var c; function multiply(e, f) { var g = 20; return e * f * g; } c = multiply(20, 30);复制代码
执行上下文如下所示
GlobalExectionContext = { ThisBinding: <Global Object>, LexicalEnvironment: { EnvironmentRecord: { Type: "Object", // 标识符绑定在这里 a: < uninitialized >, b: < uninitialized >, multiply: < func > } outer: <null> }, VariableEnvironment: { EnvironmentRecord: { Type: "Object", // 标识符绑定在这里 c: undefined, } outer: <null> } } FunctionExectionContext = { ThisBinding: <Global Object>, LexicalEnvironment: { EnvironmentRecord: { Type: "Declarative", // 标识符绑定在这里 Arguments: {0: 20, 1: 30, length: 2}, }, outer: <GlobalLexicalEnvironment> }, VariableEnvironment: { EnvironmentRecord: { Type: "Declarative", // 标识符绑定在这里 g: undefined }, outer: <GlobalLexicalEnvironment> } }复制代码
变量提升 的具体原因:在创建阶段,函数声明存储在环境中,而变量会被设置为 undefined
(在 var
的情况下)或保持未初始化(在 let
和 const
的情况下)。所以这就是为什么可以在声明之前访问 var
定义的变量(尽管是 undefined
),但如果在声明之前访问 let
和 const
定义的变量就会提示引用错误的原因。此时let 和 const处于未初始化状态不能使用,只有进入执行阶段,变量对象中的变量属性进行赋值后,变量对象(Variable Object)转为活动对象(Active Object)后, let
和 const
才能进行访问。
关于函数声明和变量声明,这篇文章讲的很好: github.com/yygmind/blo…
另外关于闭包的理解,如例子:
function foo() { var num = 20; function bar() { var result = num + 20; return result } bar() } foo()复制代码
浏览器分析如下:
chrome浏览器理解闭包是foo,那么按浏览器的标准是如何定义闭包的,总结为三点:
-
在函数内部定义新函数
-
新函数访问外层函数的局部变量,即访问外层函数环境的活动对象属性
-
新函数执行,创建新的函数执行上下文,外层函数即为闭包
3.3 this指向
比较复杂,后面专门弄一篇文章来整理。
三. 执行阶段
1. 网页的线程
永远只有JS引擎线程在执行JS脚本程序,其他三个线程只负责将满足触发条件的处理函数推进事件队列,等待JS引擎线程执行, 不参与代码解析与执行。
-
JS引擎线程 : 也称为JS内核,负责解析执行Javascript脚本程序的主线程(例如V8引擎)
-
事件触发线程 : 归属于浏览器内核进程,不受JS引擎线程控制。主要用于控制事件(例如鼠标,键盘等事件),当该事件被触发时候,事件触发线程就会把该事件的处理函数推进事件队列,等待JS引擎线程执行
-
定时器触发线程 :主要控制计时器setInterval和延时器setTimeout,用于定时器的计时,计时完毕,满足定时器的触发条件,则将定时器的处理函数推进事件队列中,等待JS引擎线程执行。 注:W3C在HTML标准中规定setTimeout低于4ms的时间间隔算为4ms。
-
HTTP异步请求线程 :通过XMLHttpRequest连接后,通过浏览器新开的一个线程,监控readyState状态变更时,如果设置了该状态的回调函数,则将该状态的处理函数推进事件队列中,等待JS引擎线程执行。 注:浏览器对通一域名请求的并发连接数是有限制的,Chrome和Firefox限制数为6个,ie8则为10个。
2. 宏任务
宏任务(macro-task)可分为 同步任务 和 异步任务 :
-
同步任务 指的是在JS引擎主线程上按顺序执行的任务,只有前一个任务执行完毕后,才能执行后一个任务,形成一个执行栈(函数调用栈)。
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异步任务 指的是不直接进入JS引擎主线程,而是满足触发条件时,相关的线程将该异步任务推进任务队列(task queue),等待JS引擎主线程上的任务执行完毕,空闲时读取执行的任务,例如异步Ajax,DOM事件,setTimeout等。
理解宏任务中同步任务和异步任务的执行顺序,那么就相当于理解了JS异步执行机制–事件循环(Event Loop)。
3. 事件循环
事件循环可以理解成由三部分组成,分别是:
-
主线程执行栈
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异步任务等待触发
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任务队列
任务队列(task queue)就是以队列的数据结构对事件任务进行管理,特点是先进先出,后进后出。
setTimeout和setInterval的区别:
-
setTimeout是在到了指定时间的时候就把事件推到任务队列中,只有当在任务队列中的setTimeout事件被主线程执行后,才会继续再次在到了指定时间的时候把事件推到任务队列,那么setTimeout的事件执行肯定比指定的时间要久,具体相差多少跟代码执行时间有关
-
setInterval则是每次都精确的隔一段时间就向任务队列推入一个事件,无论上一个setInterval事件是否已经执行,所以有可能存在setInterval的事件任务累积,导致setInterval的代码重复连续执行多次,影响页面性能。
4. 微任务
微任务是在es6和node环境中出现的一个任务类型,如果不考虑es6和node环境的话,我们只需要理解宏任务事件循环的执行过程就已经足够了,但是到了es6和node环境,我们就需要理解微任务的执行顺序了。 微任务(micro-task)的API主要有: Promise, process.nextTick
例子理解:
console.log('script start'); setTimeout(function() { console.log('setTimeout'); }, 0); Promise.resolve().then(function() { console.log('promise1'); }).then(function() { console.log('promise2'); }); console.log('script end');复制代码
执行过程如下:
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代码块通过语法分析和预编译后,进入执行阶段,当JS引擎主线程执行到console.log('script start');,JS引擎主线程认为该任务是同步任务,所以立刻执行输出script start,然后继续向下执行;
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JS引擎主线程执行到setTimeout(function() { console.log('setTimeout'); }, 0);,JS引擎主线程认为setTimeout是异步任务API,则向浏览器内核进程申请开启定时器线程进行计时和控制该setTimeout任务。由于W3C在HTML标准中规定setTimeout低于4ms的时间间隔算为4ms,那么当计时到4ms时,定时器线程就把该回调处理函数推进任务队列中等待主线程执行,然后JS引擎主线程继续向下执行
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JS引擎主线程执行到Promise.resolve().then(function() { console.log('promise1'); }).then(function() { console.log('promise2'); });,JS引擎主线程认为Promise是一个微任务,这把该任务划分为微任务,等待执行
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JS引擎主线程执行到console.log('script end');,JS引擎主线程认为该任务是同步任务,所以立刻执行输出script end
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主线程上的宏任务执行完毕,则开始检测是否存在可执行的微任务,检测到一个Promise微任务,那么立刻执行,输出promise1和promise2
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微任务执行完毕,主线程开始读取任务队列中的事件任务setTimeout,推入主线程形成新宏任务,然后在主线程中执行,输出setTimeout
最后的输出结果即为:
script start script end promise1 promise2 setTimeout复制代码
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