JS的33个概念—调用堆栈

素颜马尾好姑娘i 2021-12-04 08:51 255阅读 0赞

# [\[译\] 理解 JavaScript 中的执行上下文和执行栈][_ JavaScript] #

### 什么是执行上下文？ ###

简而言之，执行上下文是评估和执行 JavaScript 代码的环境的抽象概念。每当 Javascript 代码在运行的时候，它都是在执行上下文中运行。

执行上下文的类型

JavaScript 中有三种执行上下文类型。

*  **全局执行上下文** — 这是默认或者说基础的上下文，任何不在函数内部的代码都在全局上下文中。它会执行两件事：创建一个全局的 window 对象（浏览器的情况下），并且设置 `this` 的值等于这个全局对象。一个程序中只会有一个全局执行上下文。
 *  **函数执行上下文** — 每当一个函数被调用时, 都会为该函数创建一个新的上下文。每个函数都有它自己的执行上下文，不过是在函数被调用时创建的。函数上下文可以有任意多个。每当一个新的执行上下文被创建，它会按定义的顺序（将在后文讨论）执行一系列步骤。
 *  **Eval 函数执行上下文** — 执行在 `eval` 函数内部的代码也会有它属于自己的执行上下文，但由于 JavaScript 开发者并不经常使用 `eval`，所以在这里我不会讨论它。

### 执行栈 ###

执行栈，也就是在其它编程语言中所说的“调用栈”，是一种拥有 LIFO（后进先出）数据结构的栈，被用来存储代码运行时创建的所有执行上下文。

当 JavaScript 引擎第一次遇到你的脚本时，它会创建一个全局的执行上下文并且压入当前执行栈。每当引擎遇到一个函数调用，它会为该函数创建一个新的执行上下文并压入栈的顶部。

引擎会执行那些执行上下文位于栈顶的函数。当该函数执行结束时，执行上下文从栈中弹出，控制流程到达当前栈中的下一个上下文。

让我们通过下面的代码示例来理解：

let 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');
    复制代码

![aHR0cHM6Ly91c2VyLWdvbGQtY2RuLnhpdHUuaW8vMjAxOC85LzIwLzE2NWY1Mzk1NzIwNzZmZTM_aW1hZ2VWaWV3Mi8wL3cvMTI4MC9oLzk2MC9mb3JtYXQvd2VicC9pZ25vcmUtZXJyb3IvMQ][]

上述代码的执行上下文栈。

当上述代码在浏览器加载时，JavaScript 引擎创建了一个全局执行上下文并把它压入当前执行栈。当遇到 `first()` 函数调用时，JavaScript 引擎为该函数创建一个新的执行上下文并把它压入当前执行栈的顶部。

当从 `first()` 函数内部调用 `second()` 函数时，JavaScript 引擎为 `second()` 函数创建了一个新的执行上下文并把它压入当前执行栈的顶部。当 `second()` 函数执行完毕，它的执行上下文会从当前栈弹出，并且控制流程到达下一个执行上下文，即 `first()` 函数的执行上下文。

当 `first()` 执行完毕，它的执行上下文从栈弹出，控制流程到达全局执行上下文。一旦所有代码执行完毕，JavaScript 引擎从当前栈中移除全局执行上下文。

### 怎么创建执行上下文？ ###

到现在，我们已经看过 JavaScript 怎样管理执行上下文了，现在让我们了解 JavaScript 引擎是怎样创建执行上下文的。

创建执行上下文有两个阶段：**1) 创建阶段** 和 **2) 执行阶段**。

### The Creation Phase ###

在 JavaScript 代码执行前，执行上下文将经历创建阶段。在创建阶段会发生三件事：

1.  **this** 值的决定，即我们所熟知的 **This 绑定**。
2.  创建**词法环境**组件。
3.  创建**变量环境**组件。

所以执行上下文在概念上表示如下：

ExecutionContext = {
      ThisBinding = <this value>,
      LexicalEnvironment = { ... },
      VariableEnvironment = { ... },
    }
    复制代码

**This 绑定：**

在全局执行上下文中，`this` 的值指向全局对象。(在浏览器中，`this`引用 Window 对象)。

在函数执行上下文中，`this` 的值取决于该函数是如何被调用的。如果它被一个引用对象调用，那么 `this` 会被设置成那个对象，否则 `this` 的值被设置为全局对象或者 `undefined`（在严格模式下）。例如：

let foo = {
      baz: function() {
      console.log(this);
      }
    }
    
    foo.baz();   // 'this' 引用 'foo', 因为 'baz' 被
                 // 对象 'foo' 调用
    
    let bar = foo.baz;
    
    bar();       // 'this' 指向全局 window 对象，因为
                 // 没有指定引用对象
    复制代码

华丽分割线-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

# 这一次，彻底弄懂 JavaScript 执行机制 #

本文的目的就是要保证你彻底弄懂javascript的执行机制，如果读完本文还不懂，可以揍我。

不论你是javascript新手还是老鸟，不论是面试求职，还是日常开发工作，我们经常会遇到这样的情况：给定的几行代码，我们需要知道其输出内容和顺序。因为javascript是一门单线程语言，所以我们可以得出结论：

*  javascript是按照语句出现的顺序执行的

看到这里读者要打人了：我难道不知道js是一行一行执行的？还用你说？稍安勿躁，正因为js是一行一行执行的，所以我们以为js都是这样的：

let a = '1';
    console.log(a);
    
    let b = '2';
    console.log(b);复制代码

然而实际上js是这样的：

setTimeout(function(){
        console.log('定时器开始啦')
    });
    
    new Promise(function(resolve){
        console.log('马上执行for循环啦');
        for(var i = 0; i < 10000; i++){
            i == 99 && resolve();
        }
    }).then(function(){
        console.log('执行then函数啦')
    });
    
    console.log('代码执行结束');复制代码

![aHR0cHM6Ly91c2VyLWdvbGQtY2RuLnhpdHUuaW8vMjAxNy8xMS8yMC8xNWZkODdkMzhhY2M0OTA1P2ltYWdlVmlldzIvMC93LzEyODAvaC85NjAvZm9ybWF0L3dlYnAvaWdub3JlLWVycm9yLzE][]

依照**js是按照语句出现的顺序执行**这个理念，我自信的写下输出结果：

//"定时器开始啦"
    //"马上执行for循环啦"
    //"执行then函数啦"
    //"代码执行结束"复制代码

去chrome上验证下，结果完全不对，瞬间懵了，说好的一行一行执行的呢？

![aHR0cHM6Ly91c2VyLWdvbGQtY2RuLnhpdHUuaW8vMjAxNy8xMS8yMC8xNWZkODg0MGYzYzNmMTA5P2ltYWdlVmlldzIvMC93LzEyODAvaC85NjAvZm9ybWF0L3dlYnAvaWdub3JlLWVycm9yLzE][]

我们真的要彻底弄明白javascript的执行机制了。

### 1.关于javascript ###

javascript是一门**单线程**语言，在最新的HTML5中提出了Web-Worker，但javascript是单线程这一核心仍未改变。所以一切javascript版的"多线程"都是用单线程模拟出来的，一切javascript多线程都是纸老虎！

### 2.javascript事件循环 ###

既然js是单线程，那就像只有一个窗口的银行，客户需要排队一个一个办理业务，同理js任务也要一个一个顺序执行。如果一个任务耗时过长，那么后一个任务也必须等着。那么问题来了，假如我们想浏览新闻，但是新闻包含的超清图片加载很慢，难道我们的网页要一直卡着直到图片完全显示出来？因此聪明的程序员将任务分为两类：

*  同步任务
 *  异步任务

当我们打开网站时，网页的渲染过程就是一大堆同步任务，比如页面骨架和页面元素的渲染。而像加载图片音乐之类占用资源大耗时久的任务，就是异步任务。关于这部分有严格的文字定义，但本文的目的是用最小的学习成本彻底弄懂执行机制，所以我们用导图来说明：

![aHR0cHM6Ly91c2VyLWdvbGQtY2RuLnhpdHUuaW8vMjAxNy8xMS8yMS8xNWZkZDg4OTk0MTQyMzQ3P2ltYWdlVmlldzIvMC93LzEyODAvaC85NjAvZm9ybWF0L3dlYnAvaWdub3JlLWVycm9yLzE][]

导图要表达的内容用文字来表述的话：

*  同步和异步任务分别进入不同的执行"场所"，同步的进入主线程，异步的进入Event Table并注册函数。
 *  当指定的事情完成时，Event Table会将这个函数移入Event Queue。
 *  主线程内的任务执行完毕为空，会去Event Queue读取对应的函数，进入主线程执行。
 *  上述过程会不断重复，也就是常说的Event Loop(事件循环)。

我们不禁要问了，那怎么知道主线程执行栈为空啊？js引擎存在monitoring process进程，会持续不断的检查主线程执行栈是否为空，一旦为空，就会去Event Queue那里检查是否有等待被调用的函数。

说了这么多文字，不如直接一段代码更直白：

let data = [];
    $.ajax({
        url:www.javascript.com,
        data:data,
        success:() => {
            console.log('发送成功!');
        }
    })
    console.log('代码执行结束');复制代码

上面是一段简易的`ajax`请求代码：

*  ajax进入Event Table，注册回调函数`success`。
 *  执行`console.log('代码执行结束')`。
 *  ajax事件完成，回调函数`success`进入Event Queue。
 *  主线程从Event Queue读取回调函数`success`并执行。

相信通过上面的文字和代码，你已经对js的执行顺序有了初步了解。接下来我们来研究进阶话题：setTimeout。

### 3.又爱又恨的setTimeout ###

大名鼎鼎的`setTimeout`无需再多言，大家对他的第一印象就是异步可以延时执行，我们经常这么实现延时3秒执行：

setTimeout(() => {
        console.log('延时3秒');
    },3000)复制代码

渐渐的`setTimeout`用的地方多了，问题也出现了，有时候明明写的延时3秒，实际却5，6秒才执行函数，这又咋回事啊？

先看一个例子：

setTimeout(() => {
        task();
    },3000)
    console.log('执行console');复制代码

根据前面我们的结论，`setTimeout`是异步的，应该先执行`console.log`这个同步任务，所以我们的结论是：

//执行console
    //task()复制代码

去验证一下，结果正确！  
然后我们修改一下前面的代码：

setTimeout(() => {
        task()
    },3000)
    
    sleep(10000000)复制代码

乍一看其实差不多嘛，但我们把这段代码在chrome执行一下，却发现控制台执行`task()`需要的时间远远超过3秒，说好的延时三秒，为啥现在需要这么长时间啊？

这时候我们需要重新理解`setTimeout`的定义。我们先说上述代码是怎么执行的：

*  `task()`进入Event Table并注册,计时开始。
 *  执行`sleep`函数，很慢，非常慢，计时仍在继续。
 *  3秒到了，计时事件`timeout`完成，`task()`进入Event Queue，但是`sleep`也太慢了吧，还没执行完，只好等着。
 *  `sleep`终于执行完了，`task()`终于从Event Queue进入了主线程执行。

上述的流程走完，我们知道`setTimeout`这个函数，是经过指定时间后，把要执行的任务(本例中为`task()`)加入到Event Queue中，又因为是单线程任务要一个一个执行，如果前面的任务需要的时间太久，那么只能等着，导致真正的延迟时间远远大于3秒。

我们还经常遇到`setTimeout(fn,0)`这样的代码，0秒后执行又是什么意思呢？是不是可以立即执行呢？

答案是不会的，`setTimeout(fn,0)`的含义是，指定某个任务在主线程最早可得的空闲时间执行，意思就是不用再等多少秒了，只要主线程执行栈内的同步任务全部执行完成，栈为空就马上执行。举例说明：

//代码1
    console.log('先执行这里');
    setTimeout(() => {
        console.log('执行啦')
    },0);复制代码

//代码2
    console.log('先执行这里');
    setTimeout(() => {
        console.log('执行啦')
    },3000);复制代码

代码1的输出结果是：

//先执行这里
    //执行啦复制代码

代码2的输出结果是：

//先执行这里
    // ... 3s later
    // 执行啦复制代码

关于`setTimeout`要补充的是，即便主线程为空，0毫秒实际上也是达不到的。根据HTML的标准，最低是4毫秒。有兴趣的同学可以自行了解。

### 4.又恨又爱的setInterval ###

上面说完了`setTimeout`，当然不能错过它的孪生兄弟`setInterval`。他俩差不多，只不过后者是循环的执行。对于执行顺序来说，`setInterval`会每隔指定的时间将注册的函数置入Event Queue，如果前面的任务耗时太久，那么同样需要等待。

唯一需要注意的一点是，对于`setInterval(fn,ms)`来说，我们已经知道不是每过`ms`秒会执行一次`fn`，而是每过`ms`秒，会有`fn`进入Event Queue。一旦**`setInterval`的回调函数`fn`执行时间超过了延迟时间`ms`，那么就完全看不出来有时间间隔了**。这句话请读者仔细品味。

### 5.Promise与process.nextTick(callback) ###

传统的定时器我们已经研究过了，接着我们探究`Promise`与`process.nextTick(callback)`的表现。

`Promise`的定义和功能本文不再赘述，不了解的读者可以学习一下阮一峰老师的[Promise][]。而`process.nextTick(callback)`类似node.js版的"setTimeout"，在事件循环的下一次循环中调用 callback 回调函数。

我们进入正题，除了广义的同步任务和异步任务，我们对任务有更精细的定义：

*  macro-task(宏任务)：包括整体代码script，setTimeout，setInterval
 *  micro-task(微任务)：Promise，process.nextTick

不同类型的任务会进入对应的Event Queue，比如`setTimeout`和`setInterval`会进入相同的Event Queue。

事件循环的顺序，决定js代码的执行顺序。进入整体代码(宏任务)后，开始第一次循环。接着执行所有的微任务。然后再次从宏任务开始，找到其中一个任务队列执行完毕，再执行所有的微任务。听起来有点绕，我们用文章最开始的一段代码说明：

setTimeout(function() {
        console.log('setTimeout');
    })
    
    new Promise(function(resolve) {
        console.log('promise');
    }).then(function() {
        console.log('then');
    })
    
    console.log('console');复制代码

*  这段代码作为宏任务，进入主线程。
 *  先遇到`setTimeout`，那么将其回调函数注册后分发到宏任务Event Queue。(注册过程与上同，下文不再描述)
 *  接下来遇到了`Promise`，`new Promise`立即执行，`then`函数分发到微任务Event Queue。
 *  遇到`console.log()`，立即执行。
 *  好啦，整体代码script作为第一个宏任务执行结束，看看有哪些微任务？我们发现了`then`在微任务Event Queue里面，执行。
 *  ok，第一轮事件循环结束了，我们开始第二轮循环，当然要从宏任务Event Queue开始。我们发现了宏任务Event Queue中`setTimeout`对应的回调函数，立即执行。
 *  结束。

事件循环，宏任务，微任务的关系如图所示：

![aHR0cHM6Ly91c2VyLWdvbGQtY2RuLnhpdHUuaW8vMjAxNy8xMS8yMS8xNWZkY2VhMTMzNjFhMWVjP2ltYWdlVmlldzIvMC93LzEyODAvaC85NjAvZm9ybWF0L3dlYnAvaWdub3JlLWVycm9yLzE][]

我们来分析一段较复杂的代码，看看你是否真的掌握了js的执行机制：

console.log('1');
    
    setTimeout(function() {
        console.log('2');
        process.nextTick(function() {
            console.log('3');
        })
        new Promise(function(resolve) {
            console.log('4');
            resolve();
        }).then(function() {
            console.log('5')
        })
    })
    process.nextTick(function() {
        console.log('6');
    })
    new Promise(function(resolve) {
        console.log('7');
        resolve();
    }).then(function() {
        console.log('8')
    })
    
    setTimeout(function() {
        console.log('9');
        process.nextTick(function() {
            console.log('10');
        })
        new Promise(function(resolve) {
            console.log('11');
            resolve();
        }).then(function() {
            console.log('12')
        })
    })复制代码

第一轮事件循环流程分析如下：

*  整体script作为第一个宏任务进入主线程，遇到`console.log`，输出1。
 *  遇到`setTimeout`，其回调函数被分发到宏任务Event Queue中。我们暂且记为`setTimeout1`。
 *  遇到`process.nextTick()`，其回调函数被分发到微任务Event Queue中。我们记为`process1`。
 *  遇到`Promise`，`new Promise`直接执行，输出7。`then`被分发到微任务Event Queue中。我们记为`then1`。
 *  又遇到了`setTimeout`，其回调函数被分发到宏任务Event Queue中，我们记为`setTimeout2`。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>宏任务Event Queue</th> 
   <th>微任务Event Queue</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>setTimeout1</td> 
   <td>process1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>setTimeout2</td> 
   <td>then1</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

*  上表是第一轮事件循环宏任务结束时各Event Queue的情况，此时已经输出了1和7。
 *  我们发现了`process1`和`then1`两个微任务。
 *  执行`process1`,输出6。
 *  执行`then1`，输出8。

好了，第一轮事件循环正式结束，这一轮的结果是输出1，7，6，8。那么第二轮时间循环从`setTimeout1`宏任务开始：

*  首先输出2。接下来遇到了`process.nextTick()`，同样将其分发到微任务Event Queue中，记为`process2`。`new Promise`立即执行输出4，`then`也分发到微任务Event Queue中，记为`then2`。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>宏任务Event Queue</th> 
   <th>微任务Event Queue</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>setTimeout2</td> 
   <td>process2</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&nbsp;</td> 
   <td>then2</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

*  第二轮事件循环宏任务结束，我们发现有`process2`和`then2`两个微任务可以执行。
 *  输出3。
 *  输出5。
 *  第二轮事件循环结束，第二轮输出2，4，3，5。
 *  第三轮事件循环开始，此时只剩setTimeout2了，执行。
 *  直接输出9。
 *  将`process.nextTick()`分发到微任务Event Queue中。记为`process3`。
 *  直接执行`new Promise`，输出11。
 *  将`then`分发到微任务Event Queue中，记为`then3`。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>宏任务Event Queue</th> 
   <th>微任务Event Queue</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>&nbsp;</td> 
   <td>process3</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>&nbsp;</td> 
   <td>then3</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

*  第三轮事件循环宏任务执行结束，执行两个微任务`process3`和`then3`。
 *  输出10。
 *  输出12。
 *  第三轮事件循环结束，第三轮输出9，11，10，12。

整段代码，共进行了三次事件循环，完整的输出为1，7，6，8，2，4，3，5，9，11，10，12。  
(请注意，node环境下的事件监听依赖libuv与前端环境不完全相同，输出顺序可能会有误差)

### 6.写在最后 ###

(1)js的异步

我们从最开头就说javascript是一门单线程语言，不管是什么新框架新语法糖实现的所谓异步，其实都是用同步的方法去模拟的，牢牢把握住单线程这点非常重要。

(2)事件循环Event Loop

事件循环是js实现异步的一种方法，也是js的执行机制。

(3)javascript的执行和运行

执行和运行有很大的区别，javascript在不同的环境下，比如node，浏览器，Ringo等等，执行方式是不同的。而运行大多指javascript解析引擎，是统一的。

(4)setImmediate

微任务和宏任务还有很多种类，比如`setImmediate`等等，执行都是有共同点的，有兴趣的同学可以自行了解。

(5)最后的最后

*  javascript是一门单线程语言
 *  Event Loop是javascript的执行机制

牢牢把握两个基本点，以认真学习javascript为中心，早日实现成为前端高手的伟大梦想！

![aHR0cHM6Ly91c2VyLWdvbGQtY2RuLnhpdHUuaW8vMjAxNy8xMS8yMS8xNWZkZDk2YmVhZGU2NTc1P2ltYWdlVmlldzIvMC93LzEyODAvaC85NjAvZm9ybWF0L3dlYnAvaWdub3JlLWVycm9yLzE][]

[_ JavaScript]: https://juejin.im/post/5ba32171f265da0ab719a6d7
[aHR0cHM6Ly91c2VyLWdvbGQtY2RuLnhpdHUuaW8vMjAxOC85LzIwLzE2NWY1Mzk1NzIwNzZmZTM_aW1hZ2VWaWV3Mi8wL3cvMTI4MC9oLzk2MC9mb3JtYXQvd2VicC9pZ25vcmUtZXJyb3IvMQ]: /images/20211204/e86c613e491547278a2dc4932bb92546.png
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[aHR0cHM6Ly91c2VyLWdvbGQtY2RuLnhpdHUuaW8vMjAxNy8xMS8yMS8xNWZkZDg4OTk0MTQyMzQ3P2ltYWdlVmlldzIvMC93LzEyODAvaC85NjAvZm9ybWF0L3dlYnAvaWdub3JlLWVycm9yLzE]: /images/20211204/ee5954292c2e49528d5180be29c88f92.png
[Promise]: https://link.juejin.im/?target=http%3A%2F%2Fes6.ruanyifeng.com%2F%23docs%2Fpromise
[aHR0cHM6Ly91c2VyLWdvbGQtY2RuLnhpdHUuaW8vMjAxNy8xMS8yMS8xNWZkY2VhMTMzNjFhMWVjP2ltYWdlVmlldzIvMC93LzEyODAvaC85NjAvZm9ybWF0L3dlYnAvaWdub3JlLWVycm9yLzE]: /images/20211204/a92a6ebf4e904b249be80a5b25cd8207.png
[aHR0cHM6Ly91c2VyLWdvbGQtY2RuLnhpdHUuaW8vMjAxNy8xMS8yMS8xNWZkZDk2YmVhZGU2NTc1P2ltYWdlVmlldzIvMC93LzEyODAvaC85NjAvZm9ybWF0L3dlYnAvaWdub3JlLWVycm9yLzE]: /images/20211204/7b6c56ddcef543648f2bfbaccc3dca68.png