摘要：例如處理請求的線程處理事件的線程定時器線程讀寫文件的線程例如在中等等。事件循環(huán)事件循環(huán)是指主線程重復(fù)從消息隊列中取消息執(zhí)行的過程。事件觸發(fā)時，表示異步任務(wù)完成，會將事件監(jiān)聽器函數(shù)封裝成一條消息放到消息隊列中，等待主線程執(zhí)行。

我們常說“JavaScript是單線程的”。

所謂單線程，是指在JS引擎中負(fù)責(zé)解釋和執(zhí)行JavaScript代碼的線程只有一個。不妨叫它主線程。

但是實際上還存在其他的線程。例如：處理AJAX請求的線程、處理DOM事件的線程、定時器線程、讀寫文件的線程(例如在Node.js中)等等。這些線程可能存在于JS引擎之內(nèi)，也可能存在于JS引擎之外，在此我們不做區(qū)分。不妨叫它們工作線程。

假設(shè)存在一個函數(shù)A：

A(args...);

同步：如果在函數(shù)A返回的時候，調(diào)用者就能夠得到預(yù)期結(jié)果(即拿到了預(yù)期的返回值或者看到了預(yù)期的效果)，那么這個函數(shù)就是同步的。

例如：

Math.sqrt(2);
console.log("Hi");

第一個函數(shù)返回時，就拿到了預(yù)期的返回值：2的平方根。

第二個函數(shù)返回時，就看到了預(yù)期的效果：在控制臺打印了一個字符串。

所以這兩個函數(shù)都是同步的。

異步：如果在函數(shù)A返回的時候，調(diào)用者還不能夠得到預(yù)期結(jié)果，而是需要在將來通過一定的手段得到，那么這個函數(shù)就是異步的。

例如：

fs.readFile("foo.txt", "utf8", function(err, data) {
    console.log(data);
});

在上面的代碼中，我們希望通過fs.readFile函數(shù)讀取文件foo.txt中的內(nèi)容，并打印出來。
但是在fs.readFile函數(shù)返回時，我們期望的結(jié)果并不會發(fā)生，而是要等到文件全部讀取完成之后。如果文件很大的話可能要很長時間。

下面以AJAX請求為例，來看一下同步和異步的區(qū)別：

異步AJAX：

主線程：“你好，AJAX線程。請你幫我發(fā)個HTTP請求吧，我把請求地址和參數(shù)都給你了?！?/p>
AJAX線程：“好的，主線程。我馬上去發(fā)，但可能要花點兒時間呢，你可以先去忙別的?！?/p>
主線程：：“謝謝，你拿到響應(yīng)后告訴我一聲啊。”

(接著，主線程做其他事情去了。一頓飯的時間后，它收到了響應(yīng)到達(dá)的通知。)

同步AJAX：

主線程：“你好，AJAX線程。請你幫我發(fā)個HTTP請求吧，我把請求地址和參數(shù)都給你了?！?/p>
AJAX線程：“......”

主線程：：“喂，AJAX線程，你怎么不說話？”

AJAX線程：“......”

主線程：：“喂！喂喂喂！”

AJAX線程：“......”

(一炷香的時間后)

主線程：：“喂！求你說句話吧！”

AJAX線程：“主線程，不好意思，我在工作的時候不能說話。你的請求已經(jīng)發(fā)完了，拿到響應(yīng)數(shù)據(jù)了，給你?！?/p>

正是由于JavaScript是單線程的，而異步容易實現(xiàn)非阻塞，所以在JavaScript中對于耗時的操作或者時間不確定的操作，使用異步就成了必然的選擇。異步是這篇文章關(guān)注的重點。

從上文可以看出，異步函數(shù)實際上很快就調(diào)用完成了。但是后面還有工作線程執(zhí)行異步任務(wù)、通知主線程、主線程調(diào)用回調(diào)函數(shù)等很多步驟。我們把整個過程叫做異步過程。異步函數(shù)的調(diào)用在整個異步過程中，只是一小部分。

總結(jié)一下，一個異步過程通常是這樣的：

主線程發(fā)起一個異步請求，相應(yīng)的工作線程接收請求并告知主線程已收到(異步函數(shù)返回)；主線程可以繼續(xù)執(zhí)行后面的代碼，同時工作線程執(zhí)行異步任務(wù)；工作線程完成工作后，通知主線程；主線程收到通知后，執(zhí)行一定的動作(調(diào)用回調(diào)函數(shù))。

異步函數(shù)通常具有以下的形式：

A(args..., callbackFn)

它可以叫做異步過程的發(fā)起函數(shù)，或者叫做異步任務(wù)注冊函數(shù)。args是這個函數(shù)需要的參數(shù)。callbackFn也是這個函數(shù)的參數(shù)，但是它比較特殊所以多帶帶列出來。

所以，從主線程的角度看，一個異步過程包括下面兩個要素：

發(fā)起函數(shù)(或叫注冊函數(shù))A

回調(diào)函數(shù)callbackFn

它們都是在主線程上調(diào)用的，其中注冊函數(shù)用來發(fā)起異步過程，回調(diào)函數(shù)用來處理結(jié)果。

舉個具體的例子：

setTimeout(fn, 1000);

其中的setTimeout就是異步過程的發(fā)起函數(shù)，fn是回調(diào)函數(shù)。

注意：前面說的形式A(args..., callbackFn)只是一種抽象的表示，并不代表回調(diào)函數(shù)一定要作為發(fā)起函數(shù)的參數(shù)，例如：

var xhr = new XMLHttpRequest();
xhr.onreadystatechange = xxx; // 添加回調(diào)函數(shù)
xhr.open("GET", url);
xhr.send(); // 發(fā)起函數(shù)

發(fā)起函數(shù)和回調(diào)函數(shù)就是分離的。

上文講到，異步過程中，工作線程在異步操作完成后需要通知主線程。那么這個通知機(jī)制是怎樣實現(xiàn)的呢？答案是利用消息隊列和事件循環(huán)。

用一句話概括：

工作線程將消息放到消息隊列，主線程通過事件循環(huán)過程去取消息。

消息隊列：消息隊列是一個先進(jìn)先出的隊列，它里面存放著各種消息。

事件循環(huán)：事件循環(huán)是指主線程重復(fù)從消息隊列中取消息、執(zhí)行的過程。

實際上，主線程只會做一件事情，就是從消息隊列里面取消息、執(zhí)行消息，再取消息、再執(zhí)行。當(dāng)消息隊列為空時，就會等待直到消息隊列變成非空。而且主線程只有在將當(dāng)前的消息執(zhí)行完成后，才會去取下一個消息。這種機(jī)制就叫做事件循環(huán)機(jī)制，取一個消息并執(zhí)行的過程叫做一次循環(huán)。

事件循環(huán)用代碼表示大概是這樣的：

while(true) {
    var message = queue.get();
    execute(message);
}

那么，消息隊列中放的消息具體是什么東西？消息的具體結(jié)構(gòu)當(dāng)然跟具體的實現(xiàn)有關(guān)，但是為了簡單起見，我們可以認(rèn)為：

消息就是注冊異步任務(wù)時添加的回調(diào)函數(shù)。

再次以異步AJAX為例，假設(shè)存在如下的代碼：

$.ajax("http://segmentfault.com", function(resp) {
    console.log("我是響應(yīng)：", resp);
});

// 其他代碼
...
...
...

主線程在發(fā)起AJAX請求后，會繼續(xù)執(zhí)行其他代碼。AJAX線程負(fù)責(zé)請求segmentfault.com，拿到響應(yīng)后，它會把響應(yīng)封裝成一個JavaScript對象，然后構(gòu)造一條消息：

// 消息隊列中的消息就長這個樣子
var message = function () {
    callbackFn(response);
}

其中的callbackFn就是前面代碼中得到成功響應(yīng)時的回調(diào)函數(shù)。

主線程在執(zhí)行完當(dāng)前循環(huán)中的所有代碼后，就會到消息隊列取出這條消息(也就是message函數(shù))，并執(zhí)行它。到此為止，就完成了工作線程對主線程的通知，回調(diào)函數(shù)也就得到了執(zhí)行。如果一開始主線程就沒有提供回調(diào)函數(shù)，AJAX線程在收到HTTP響應(yīng)后，也就沒必要通知主線程，從而也沒必要往消息隊列放消息。

用圖表示這個過程就是：

從上文中我們也可以得到這樣一個明顯的結(jié)論，就是：

異步過程的回調(diào)函數(shù)，一定不在當(dāng)前這一輪事件循環(huán)中執(zhí)行。

上文中說的“事件循環(huán)”，為什么里面有個事件呢？那是因為：

消息隊列中的每條消息實際上都對應(yīng)著一個事件。

上文中一直沒有提到一類很重要的異步過程：DOM事件。

舉例來說：

var button = document.getElement("#btn");
button.addEventListener("click", function(e) {
    console.log();
});

從事件的角度來看，上述代碼表示：在按鈕上添加了一個鼠標(biāo)單擊事件的事件監(jiān)聽器；當(dāng)用戶點擊按鈕時，鼠標(biāo)單擊事件觸發(fā)，事件監(jiān)聽器函數(shù)被調(diào)用。

從異步過程的角度看，addEventListener函數(shù)就是異步過程的發(fā)起函數(shù)，事件監(jiān)聽器函數(shù)就是異步過程的回調(diào)函數(shù)。事件觸發(fā)時，表示異步任務(wù)完成，會將事件監(jiān)聽器函數(shù)封裝成一條消息放到消息隊列中，等待主線程執(zhí)行。

事件的概念實際上并不是必須的，事件機(jī)制實際上就是異步過程的通知機(jī)制。我覺得它的存在是為了編程接口對開發(fā)者更友好。

另一方面，所有的異步過程也都可以用事件來描述。例如：setTimeout可以看成對應(yīng)一個時間到了！的事件。前文的setTimeout(fn, 1000);可以看成：

timer.addEventListener("timeout", 1000, fn);

從生產(chǎn)者與消費者的角度看，異步過程是這樣的：

工作線程是生產(chǎn)者，主線程是消費者(只有一個消費者)。工作線程執(zhí)行異步任務(wù)，執(zhí)行完成后把對應(yīng)的回調(diào)函數(shù)封裝成一條消息放到消息隊列中；主線程不斷地從消息隊列中取消息并執(zhí)行，當(dāng)消息隊列空時主線程阻塞，直到消息隊列再次非空。

最后再用一個生活中的例子總結(jié)一下同步和異步：在公路上，汽車一輛接一輛，有條不紊的運行。這時，有一輛車壞掉了。假如它停在原地進(jìn)行修理，那么后面的車就會被堵住沒法行駛，交通就亂套了。幸好旁邊有應(yīng)急車道，可以把故障車輛推到應(yīng)急車道修理，而正常的車流不會受到任何影響。等車修好了，再從應(yīng)急車道回到正常車道即可。唯一的影響就是，應(yīng)急車道用多了，原來的車輛之間的順序會有點亂。

這就是同步和異步的區(qū)別。同步可以保證順序一致，但是容易導(dǎo)致阻塞；異步可以解決阻塞問題，但是會改變順序性。改變順序性其實也沒有什么大不了的，只不過讓程序變得稍微難理解了一些 :)

PS：ECMAScript 262規(guī)范中，并沒有對異步、事件隊列等概念及其實現(xiàn)的描述。這些都是具體的JavaScript運行時環(huán)境使用的機(jī)制。本文重點是描述異步過程的原理，為了便于理解做了很多簡化。所以文中的某些術(shù)語的使用可能是不準(zhǔn)確的，具體細(xì)節(jié)也未必是正確的，例如消息隊列中消息的結(jié)構(gòu)。請讀者注意。