异步操作概述

单线程模型

单线程模型指的是，JavaScript 只在一个线程上运行。也就是说，JavaScript 同时只能执行一个任务，其他任务都必须在后面排队等待。

注意，JavaScript 只在一个线程上运行，不代表 JavaScript 引擎只有一个线程。事实上，JavaScript 引擎有多个线程，单个脚本只能在一个线程上运行（称为主线程），其他线程都是在后台配合。

JavaScript 之所以采用单线程，而不是多线程，跟历史有关系。为了避免复杂性，JavaScript 一开始就是单线程，这已经成了这门语言的核心特征，将来也不会改变。

这种模式的好处是实现起来比较简单，执行环境相对单纯；坏处是只要有一个任务耗时很长，后面的任务都必须排队等着，会拖延整个程序的执行。常见的浏览器无响应（假死），往往就是因为某一段 JavaScript 代码长时间运行（比如死循环），导致整个页面卡在这个地方，其他任务无法执行。JavaScript 语言本身并不慢，慢的是读写外部数据，比如等待 Ajax 请求返回结果。这个时候，如果对方服务器迟迟没有响应，或者网络不通畅，就会导致脚本的长时间停滞。

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 操作（输入输出）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。JavaScript 语言的设计者意识到，这时 CPU 完全可以不管 IO 操作，挂起处于等待中的任务，先运行排在后面的任务。等到 IO 操作返回了结果，再回过头，把挂起的任务继续执行下去。这种机制就是 JavaScript 内部采用的“事件循环”机制（Event Loop）。

单线程模型虽然对 JavaScript 构成了很大的限制，但也因此使它具备了其他语言不具备的优势。如果用得好，JavaScript 程序是不会出现堵塞的，这就是为什么 Node 可以用很少的资源，应付大流量访问的原因。

为了利用多核 CPU 的计算能力，HTML5 提出 Web Worker 标准，允许 JavaScript 脚本创建多个线程，但是子线程完全受主线程控制，且不得操作 DOM。所以，这个新标准并没有改变 JavaScript 单线程的本质。

同步任务和异步任务

程序里面所有的任务，可以分成两类：同步任务（synchronous）和异步任务（asynchronous）。

同步任务是那些没有被引擎挂起、在主线程上排队执行的任务。只有前一个任务执行完毕，才能执行后一个任务。

异步任务是那些被引擎放在一边，不进入主线程、而进入任务队列的任务。只有引擎认为某个异步任务可以执行了（比如 Ajax 操作从服务器得到了结果），该任务（采用回调函数的形式）才会进入主线程执行。排在异步任务后面的代码，不用等待异步任务结束会马上运行，也就是说，异步任务不具有“堵塞”效应。

举例来说，Ajax 操作可以当作同步任务处理，也可以当作异步任务处理，由开发者决定。如果是同步任务，主线程就等着 Ajax 操作返回结果，再往下执行；如果是异步任务，主线程在发出 Ajax 请求以后，就直接往下执行，等到 Ajax 操作有了结果，主线程再执行对应的回调函数。

任务队列和事件循环

JavaScript 运行时，除了一个正在运行的主线程，引擎还提供一个任务队列（task queue），里面是各种需要当前程序处理的异步任务。（实际上，根据异步任务的类型，存在多个任务队列。为了方便理解，这里假设只存在一个队列。）

首先，主线程会去执行所有的同步任务。等到同步任务全部执行完，就会去看任务队列里面的异步任务。如果满足条件，那么异步任务就重新进入主线程开始执行，这时它就变成同步任务了。等到执行完，下一个异步任务再进入主线程开始执行。一旦任务队列清空，程序就结束执行。

异步任务的写法通常是回调函数。一旦异步任务重新进入主线程，就会执行对应的回调函数。如果一个异步任务没有回调函数，就不会进入任务队列，也就是说，不会重新进入主线程，因为没有用回调函数指定下一步的操作。

JavaScript 引擎怎么知道异步任务有没有结果，能不能进入主线程呢？答案就是引擎在不停地检查，一遍又一遍，只要同步任务执行完了，引擎就会去检查那些挂起来的异步任务，是不是可以进入主线程了。这种循环检查的机制，就叫做事件循环（Event Loop）。维基百科的定义是：“事件循环是一个程序结构，用于等待和发送消息和事件。

异步操作的模式

下面总结一下异步操作的几种模式。

回调函数

回调函数是异步操作最基本的方法。

回调函数的优点是简单、容易理解和实现，缺点是不利于代码的阅读和维护，各个部分之间高度耦合（coupling），使得程序结构混乱、流程难以追踪（尤其是多个回调函数嵌套的情况），而且每个任务只能指定一个回调函数。

事件监听

另一种思路是采用事件驱动模式。异步任务的执行不取决于代码的顺序，而取决于某个事件是否发生。

首先，为f1绑定一个事件（这里采用的 jQuery 的写法）。

这种方法的优点是比较容易理解，可以绑定多个事件，每个事件可以指定多个回调函数，而且可以“去耦合”（decoupling），有利于实现模块化。缺点是整个程序都要变成事件驱动型，运行流程会变得很不清晰。阅读代码的时候，很难看出主流程。

发布/订阅

事件完全可以理解成“信号”，如果存在一个“信号中心”，某个任务执行完成，就向信号中心“发布”（publish）一个信号，其他任务可以向信号中心“订阅”（subscribe）这个信号，从而知道什么时候自己可以开始执行。这就叫做“发布/订阅模式”（publish-subscribe pattern），又称“观察者模式”（observer pattern）。

这个模式有多种实现，下面采用的是 Ben Alman 的 Tiny Pub/Sub，这是 jQuery 的一个插件。

f2完成执行后，可以取消订阅（unsubscribe）。

这种方法的性质与“事件监听”类似，但是明显优于后者。因为可以通过查看“消息中心”，了解存在多少信号、每个信号有多少订阅者，从而监控程序的运行。

异步操作的流程控制

如果有多个异步操作，就存在一个流程控制的问题：如何确定异步操作执行的顺序，以及如何保证遵守这种顺序。

串行执行

我们可以编写一个流程控制函数，让它来控制异步任务，一个任务完成以后，再执行另一个。这就叫串行执行。

并行执行

流程控制函数也可以是并行执行，即所有异步任务同时执行，等到全部完成以后，才执行final函数。

相比而言，上面的写法只要一秒，就能完成整个脚本。这就是说，并行执行的效率较高，比起串行执行一次只能执行一个任务，较为节约时间。但是问题在于如果并行的任务较多，很容易耗尽系统资源，拖慢运行速度。因此有了第三种流程控制方式。

并行与串行的结合

所谓并行与串行的结合，就是设置一个门槛，每次最多只能并行执行n个异步任务，这样就避免了过分占用系统资源。

上面代码中，最多只能同时运行两个异步任务。变量running记录当前正在运行的任务数，只要低于门槛值，就再启动一个新的任务，如果等于0，就表示所有任务都执行完了，这时就执行final函数。

这段代码需要三秒完成整个脚本，处在串行执行和并行执行之间。通过调节limit变量，达到效率和资源的最佳平衡。

定时器

JavaScript 提供定时执行代码的功能，叫做定时器（timer），主要由setTimeout()和setInterval()这两个函数来完成。它们向任务队列添加定时任务。

setTimeout()

setTimeout函数用来指定某个函数或某段代码，在多少毫秒之后执行。它返回一个整数，表示定时器的编号，以后可以用来取消这个定时器。

setTimeout函数接受两个参数，第一个参数func|code是将要推迟执行的函数名或者一段代码，第二个参数delay是推迟执行的毫秒数。

除了前两个参数，setTimeout还允许更多的参数。它们将依次传入推迟执行的函数（回调函数）。

还有一个需要注意的地方，如果回调函数是对象的方法，那么setTimeout使得方法内部的this关键字指向全局环境，而不是定义时所在的那个对象。

为了防止出现这个问题，一种解决方法是将obj.y放入一个函数。obj.y放在一个匿名函数之中，这使得obj.y在obj的作用域执行，而不是在全局作用域内执行，所以能够显示正确的值。

另一种解决方法是，使用bind方法，将obj.y这个方法绑定在obj上面。

setInterval()

setInterval函数的用法与setTimeout完全一致，区别仅仅在于setInterval指定某个任务每隔一段时间就执行一次，也就是无限次的定时执行。

与setTimeout一样，除了前两个参数，setInterval方法还可以接受更多的参数，它们会传入回调函数。

clearTimeout()，clearInterval()

setTimeout和setInterval函数，都返回一个整数值，表示计数器编号。将该整数传入clearTimeout和clearInterval函数，就可以取消对应的定时器。

连续调用三次setTimeout，返回值都比上一次大了1。

利用这一点，可以写一个函数，取消当前所有的setTimeout定时器。

实例：debounce 函数

有时，我们不希望回调函数被频繁调用。如果用户连续击键，就会连续触发keydown事件，造成大量的 Ajax 通信。这是不必要的，而且很可能产生性能问题。正确的做法应该是，设置一个门槛值，表示两次 Ajax 通信的最小间隔时间。如果在间隔时间内，发生新的keydown事件，则不触发 Ajax 通信，并且重新开始计时。如果过了指定时间，没有发生新的keydown事件，再将数据发送出去。

这种做法叫做 debounce（防抖动）。假定两次 Ajax 通信的间隔不得小于2500毫秒，上面的代码可以改写成下面这样。

运行机制

setTimeout和setInterval的运行机制，是将指定的代码移出本轮事件循环，等到下一轮事件循环，再检查是否到了指定时间。如果到了，就执行对应的代码；如果不到，就继续等待。

这意味着，setTimeout和setInterval指定的回调函数，必须等到本轮事件循环的所有同步任务都执行完，才会开始执行。由于前面的任务到底需要多少时间执行完，是不确定的，所以没有办法保证，setTimeout和setInterval指定的任务，一定会按照预定时间执行。

setTimeout(f, 0)

含义

setTimeout的作用是将代码推迟到指定时间执行，如果指定时间为0，即setTimeout(f, 0)，那么会立刻执行吗？

答案是不会。因为上一节说过，必须要等到当前脚本的同步任务，全部处理完以后，才会执行setTimeout指定的回调函数f。也就是说，setTimeout(f, 0)会在下一轮事件循环一开始就执行。

setTimeout(f, 0)这种写法的目的是，尽可能早地执行f，但是并不能保证立刻就执行f。

Promise 对象

概述

Promise 对象是 JavaScript 的异步操作解决方案，为异步操作提供统一接口。它起到代理作用（proxy），充当异步操作与回调函数之间的中介，使得异步操作具备同步操作的接口。Promise 可以让异步操作写起来，就像在写同步操作的流程，而不必一层层地嵌套回调函数。

首先，Promise 是一个对象，也是一个构造函数。

Promise 的设计思想是，所有异步任务都返回一个 Promise 实例。Promise 实例有一个then方法，用来指定下一步的回调函数。

总的来说，传统的回调函数写法使得代码混成一团，变得横向发展而不是向下发展。Promise 就是解决这个问题，使得异步流程可以写成同步流程。

Promise 原本只是社区提出的一个构想，一些函数库率先实现了这个功能。ECMAScript 6 将其写入语言标准，目前 JavaScript 原生支持 Promise 对象。

Promise 对象的状态

Promise 对象通过自身的状态，来控制异步操作。Promise 实例具有三种状态。

上面三种状态里面，fulfilled和rejected合在一起称为resolved（已定型）。

这三种的状态的变化途径只有两种。

一旦状态发生变化，就凝固了，不会再有新的状态变化。这也是 Promise 这个名字的由来，它的英语意思是“承诺”，一旦承诺成效，就不得再改变了。这也意味着，Promise 实例的状态变化只可能发生一次。

因此，Promise 的最终结果只有两种。

Promise 构造函数

JavaScript 提供原生的Promise构造函数，用来生成 Promise 实例。

Promise构造函数接受一个函数作为参数，该函数的两个参数分别是resolve和reject。它们是两个函数，由 JavaScript 引擎提供，不用自己实现。

Promise.prototype.then()

Promise 实例的then方法，用来添加回调函数。

then方法可以接受两个回调函数，第一个是异步操作成功时（变为fulfilled状态）时的回调函数，第二个是异步操作失败（变为rejected）时的回调函数（该参数可以省略）。一旦状态改变，就调用相应的回调函数。

then方法可以链式使用。

p1后面有四个then，意味依次有四个回调函数。只要前一步的状态变为fulfilled，就会依次执行紧跟在后面的回调函数。

最后一个then方法，回调函数是console.log和console.error，用法上有一点重要的区别。console.log只显示step3的返回值，而console.error可以显示p1、step1、step2、step3之中任意一个发生的错误。举例来说，如果step1的状态变为rejected，那么step2和step3都不会执行了（因为它们是resolved的回调函数）。Promise 开始寻找，接下来第一个为rejected的回调函数，在上面代码中是console.error。这就是说，Promise 对象的报错具有传递性。

then() 用法辨析

Promise 的用法，简单说就是一句话：使用then方法添加回调函数。

Promise 的实例

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Ajax 操作

小结

Promise 的优点在于，让回调函数变成了规范的链式写法，程序流程可以看得很清楚。它有一整套接口，可以实现许多强大的功能，比如同时执行多个异步操作，等到它们的状态都改变以后，再执行一个回调函数；再比如，为多个回调函数中抛出的错误，统一指定处理方法等等。

而且，Promise 还有一个传统写法没有的好处：它的状态一旦改变，无论何时查询，都能得到这个状态。这意味着，无论何时为 Promise 实例添加回调函数，该函数都能正确执行。所以，你不用担心是否错过了某个事件或信号。如果是传统写法，通过监听事件来执行回调函数，一旦错过了事件，再添加回调函数是不会执行的

Promise 的缺点是，编写的难度比传统写法高，而且阅读代码也不是一眼可以看懂。你只会看到一堆then，必须自己在then的回调函数里面理清逻辑。

微任务

Promise 的回调函数属于异步任务，会在同步任务之后执行。

是，Promise 的回调函数不是正常的异步任务，而是微任务（microtask）。它们的区别在于，正常任务追加到下一轮事件循环，微任务追加到本轮事件循环。这意味着，微任务的执行时间一定早于正常任务。

严格模式

除了正常的运行模式，JavaScript 还有第二种运行模式：严格模式（strict mode）。顾名思义，这种模式采用更加严格的 JavaScript 语法。

设计目的

早期的 JavaScript 语言有很多设计不合理的地方，但是为了兼容以前的代码，又不能改变老的语法，只能不断添加新的语法，引导程序员使用新语法。

严格模式是从 ES5 进入标准的，主要目的有以下几个。

严格模式体现了 JavaScript 更合理、更安全、更严谨的发展方向。

启用方法

进入严格模式的标志，是一行字符串use strict。

老版本的引擎会把它当作一行普通字符串，加以忽略。新版本的引擎就会进入严格模式。

严格模式可以用于整个脚本，也可以只用于单个函数。

整个脚本文件

use strict放在脚本文件的第一行，整个脚本都将以严格模式运行。如果这行语句不在第一行就无效，整个脚本会以正常模式运行。

单个函数

use strict放在函数体的第一行，则整个函数以严格模式运行。

有时，需要把不同的脚本合并在一个文件里面。如果一个脚本是严格模式，另一个脚本不是，它们的合并就可能出错。严格模式的脚本在前，则合并后的脚本都是严格模式；如果正常模式的脚本在前，则合并后的脚本都是正常模式。这两种情况下，合并后的结果都是不正确的。这时可以考虑把整个脚本文件放在一个立即执行的匿名函数之中。

显式报错

严格模式使得 JavaScript 的语法变得更严格，更多的操作会显式报错。其中有些操作，在正常模式下只会默默地失败，不会报错。

只读属性不可写

严格模式下，设置字符串的length属性，会报错。正常模式下，改变length属性是无效的，但不会报错。

严格模式下，对只读属性赋值，或者删除不可配置（non-configurable）属性都会报错。

只设置了取值器的属性不可写

严格模式下，对一个只有取值器（getter）、没有存值器（setter）的属性赋值，会报错。

禁止扩展的对象不可扩展

严格模式下，对禁止扩展的对象添加新属性，会报错。

eval、arguments 不可用作标识名

严格模式下，使用eval或者arguments作为标识名，将会报错。下面的语句都会报错。

函数不能有重名的参数

正常模式下，如果函数有多个重名的参数，可以用arguments[i]读取。严格模式下，这属于语法错误。

禁止八进制的前缀0表示法

正常模式下，整数的第一位如果是0，表示这是八进制数，比如0100等于十进制的64。严格模式禁止这种表示法，整数第一位为0，将报错。

增强的安全措施

严格模式增强了安全保护，从语法上防止了一些不小心会出现的错误。

全局变量显式声明

正常模式中，如果一个变量没有声明就赋值，默认是全局变量。严格模式禁止这种用法，全局变量必须显式声明。

因此，严格模式下，变量都必须先声明，然后再使用。

禁止 this 关键字指向全局对象

正常模式下，函数内部的this可能会指向全局对象，严格模式禁止这种用法，避免无意间创造全局变量。

这种限制对于构造函数尤其有用。使用构造函数时，有时忘了加new，这时this不再指向全局对象，而是报错。

禁止使用 fn.callee、fn.caller

函数内部不得使用fn.caller、fn.arguments，否则会报错。这意味着不能在函数内部得到调用栈了。

禁止使用 arguments.callee、arguments.caller

arguments.callee和arguments.caller是两个历史遗留的变量，从来没有标准化过，现在已经取消了。正常模式下调用它们没有什么作用，但是不会报错。严格模式明确规定，函数内部使用arguments.callee、arguments.caller将会报错。

禁止删除变量

严格模式下无法删除变量，如果使用delete命令删除一个变量，会报错。只有对象的属性，且属性的描述对象的configurable属性设置为true，才能被delete命令删除。

静态绑定

JavaScript 语言的一个特点，就是允许“动态绑定”，即某些属性和方法到底属于哪一个对象，不是在编译时确定的，而是在运行时（runtime）确定的。

严格模式对动态绑定做了一些限制。某些情况下，只允许静态绑定。也就是说，属性和方法到底归属哪个对象，必须在编译阶段就确定。这样做有利于编译效率的提高，也使得代码更容易阅读，更少出现意外。

禁止使用 with 语句

严格模式下，使用with语句将报错。因为with语句无法在编译时就确定，某个属性到底归属哪个对象，从而影响了编译效果。

创设 eval 作用域

正常模式下，JavaScript 语言有两种变量作用域（scope）：全局作用域和函数作用域。严格模式创设了第三种作用域：eval作用域。

正常模式下，eval语句的作用域，取决于它处于全局作用域，还是函数作用域。严格模式下，eval语句本身就是一个作用域，不再能够在其所运行的作用域创设新的变量了，也就是说，eval所生成的变量只能用于eval内部。

arguments 不再追踪参数的变化

变量arguments代表函数的参数。严格模式下，函数内部改变参数与arguments的联系被切断了，两者不再存在联动关系。

向下一个版本的 JavaScript 过渡

JavaScript语言的下一个版本是 ECMAScript 6，为了平稳过渡，严格模式引入了一些 ES6 语法。

非函数代码块不得声明函数

ES6 会引入块级作用域。为了与新版本接轨，ES5 的严格模式只允许在全局作用域或函数作用域声明函数。也就是说，不允许在非函数的代码块内声明函数。

ES6 允许在代码块之中声明函数。

保留字

为了向将来 JavaScript 的新版本过渡，严格模式新增了一些保留字（implements、interface、let、package、private、protected、public、static、yield等）。使用这些词作为变量名将会报错。