[译]如何理解并发模型(concurrency model)和事件循环(event loop)？

[FrankKai]

• 初识并发模型和事件循环
• 运行时概念
  • 可视化呈现
  • 栈（stack）
  • 堆（Heap）
  • 队列（Queue）
• 事件循环
  • 初识事件循环
  • ”执行到完成“
  • 增加消息
  • 零延迟（Zero delay）
  • 多个运行时互相通信
• 从不阻塞

[FrankKai]

初识并发模型和事件循环

JavaScript拥有基于event loop的并发模型。
它和C和Java的语言的model非常不同。

基于event loop的并发模型是什么？

• 负责代码的执行
• 收集和处理事件
• 执行队列子任务

运行时概念

下面的这些部分解释了理论模型。
现代的JavaScript引擎实现并且极大程度的去优化了这些实现。

可视化呈现

栈（stack）

从frames stack中调用函数。

function foo(){
    let a = 10;
    return a + b + 11
}
function bar(x){
    let y = 3;
    return foo(x*y);
}
console.log(bar(7)); // 返回42

过程拆解：

• 调用bar时，包含bar的arguments和本地变量的第一个frame创建了
• 当bar调用foo时，包含了foo的arguments和本地变量的第二个frame创建成功，并且将其推入顶部
• 当foo返回时，顶部的frame element会从stack中pop出来（留下bar在栈中）
• 当bar返回时，stack清空

可视化拆解：

堆（Heap）

对象被分配在heap中，之所以称之为堆是因为它会占用大量的内存（很多都是非结构化的）。

队列（Queue）

JavaScript运行时使用的是message queue，它的意思是有一个消息列表去处理。
为了处理消息，每个消息都有一个与之相关的函数去调用。

在事件循环的一些点，runtime开始处理队列中的消息，从最老的一个开始。为了做到这样，消息会从队列中移除，并且使用消息作为输入参数调用相应的函数。通常来讲，调用一个函数会在栈中生成一个新的frame。

函数的处理一直会进行，知道stack被清空。然后event loop去处理下一个在队列中的消息。

如何理解”使用消息作为输入参数调用相应的函数“？

上面的例子中，foo执行完之后会从call stack中出栈，也就是说这个foo的消息从消息队列中移除。
来思考一下，仅仅是移除了就完事了吗？
当然不是。
foo执行完毕之后，会将返回值作为输入值传到bar中，调用return foo(x*y)。
使用foo这个消息作为输入参数去调用bar这个函数。
也就是我们说的”使用消息作为输入参数调用相应的函数。“

事件循环

初识事件循环

event loop之所以叫这个名字，是因为它的实现方式，可以看成下面的伪代码：

while(queue.waitForMessage()){
    queue.processNextMessage()
}

queue.waitForMessage()同步等待消息到达（如果有一个消息是可用并且是等待处理的。）

”执行到完成“

每个消息都会在下一个消息处理完成前完成。

这为你的程序带来了很大的好处，其中包括：无论何时调用一个函数，它都不能被预清空而且会在任何的代码运行前完全运行（而且可以修改函数操作的数据）。这和C不一样，例如：如果一个函数运行在一个线程中，它也许会在任何时间被运行系统停止，然后去其它的线程去运行其他的代码。

这种模型有一个缺点：如果一个消息花了很长时间才能完成，web应用不能到达去处理用户的click或者scroll事件。浏览器可以通过一个”script占用过长的时间去执行“的对话框告知用户。一个很好的实践是使得message变短，并且尽可能将一个消息拆解成多个消息。

增加消息

在web浏览器中，消息可以在时间发生的任意时间被添加，并且会有一个事件listener附加在其上。如果没有listener，event会丢失。所以当一个click事件发生在元素上时，click事件的处理器会添加一个message。其他任何的事件都是这样的。

setTimeout添加message到queue的过程

• setTimeout与message queue的关系
• 为什么有些时候setTimeout的延迟时间会不准？

setTimeout有两个参数：第一callback是被增加到queue的message，第二个是最小时间（默认为0）。time的值代表着message被推入到queue的最小时间。如果没有其他的消息在queue中，并且这个栈是空的，消息会在delay的时间后被处理。然而，如果有消息，setTimeout的消息需要等待其他的消息处理完成后再执行。 因为这个原因，第二个参数代表着最小时间，并不是保证时间。

“setTimeout不能准时执行”可以看下面这个例子去理解：

const s = new Date().getSeconds();

setTimeout(function() {
  // 打印出了2，意味着并没有准时在500ms后执行
  console.log("在(new Date().getSeconds() - s)秒后打印。");
}, 500)

while (true) {
  if (new Date().getSeconds() - s >= 2) {
    console.log("循环了2秒")
    break;
  }
}

零延迟（Zero delay）

零延迟的意思是函数不能在0ms后立即执行。
比如setTimeout传入了一个0毫秒的时间延迟，但是它并不会在0毫秒后执行回调函数。

执行需要依赖队列中等待的任务数量。在下面的例子中，消息this is just a message会在回调中的消息被处理之前被写入console，因为delay是最小的时间并不是精准的保证时间。

基本上，setTimeout需要等待队列消息中的所有代码执行完成，即使你为setTimout指定了一个精准的时间。

(function() {

  console.log('this is the start');

  setTimeout(function cb() {
    console.log('Callback 1: this is a msg from call back');
  }); // has a default time value of 0

  console.log('this is just a message');

  setTimeout(function cb1() {
    console.log('Callback 2: this is a msg from call back');
  }, 0);

  console.log('this is the end');

})();

// "this is the start"
// "this is just a message"
// "this is the end"
// "Callback 1: this is a msg from call back"
// "Callback 2: this is a msg from call back"

多个运行时互相通信

一个web worker或者是跨域的iframe都有自己的stack，heap和消息队列。
两个截然不同的runtime（运行时）可以通过postMessage方法去互相传递消息。
这个方法会把消息增加到另一个运行时中（如果后者有一个message事件的话）。

从不阻塞

JavaScript的事件循环模型有一个非常有趣的属性，它不像其他的语言，js不会阻塞。
通过events和callbacks处理I/O，所以当应用等待IndexedDB的查询结果时，或者是等待XHR请求返回时，它能够处理其他类似用户输入这些事情。
有一些遗留的异常类似alert或者同步XHR，但是最好是避免使用它们。
异常的异常是存在的，用遗留的异常只能带来bug，带不来别的东西。

参考资料：https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/JavaScript/EventLoop