一、为什么JavaScript是单线程？
JavaScript语言的一大特点就是单线程，也就是说，同一个时间只能做一件事。那么，为什么JavaScript不能有多个线程呢？这样能提高效率啊。
JavaScript的单线程，与它的用途有关。作为浏览器脚本语言，JavaScript的主要用途是与用户互动，以及操作DOM。这决定了它只能是单线程，否则会带来很复杂的同步问题。比如，假定JavaScript同时有两个线程，一个线程在某个DOM节点上添加内容，另一个线程删除了这个节点，这时浏览器应该以哪个线程为准？
所以，为了避免复杂性，从一诞生，JavaScript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。
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。
二、任务队列
单线程就意味着，所有任务需要排队，前一个任务结束，才会执行后一个任务。如果前一个任务耗时很长，后一个任务就不得不一直等着。
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设备（输入输出设备）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，这时主线程完全可以不管IO设备，挂起处于等待中的任务，先运行排在后面的任务。等到IO设备返回了结果，再回过头，把挂起的任务继续执行下去。
于是，所有任务可以分成两种，一种是同步任务（synchronous），另一种是异步任务（asynchronous）。同步任务指的是，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；异步任务指的是，不进入主线程、而进入"任务队列"（task queue）的任务，只有"任务队列"通知主线程，某个异步任务可以执行了，该任务才会进入主线程执行。
具体来说，异步执行的运行机制如下。（同步执行也是如此，因为它可以被视为没有异步任务的异步执行。）
（1）所有同步任务都在主线程上执行，形成一个执行栈（execution context stack）。
（2）主线程之外，还存在一个"任务队列"（task queue）。只要异步任务有了运行结果，就在"任务队列"之中放置一个事件。
（3）一旦"执行栈"中的所有同步任务执行完毕，系统就会读取"任务队列"，看看里面有哪些事件。那些对应的异步任务，于是结束等待状态，进入执行栈，开始执行。
（4）主线程不断重复上面的第三步。
下图就是主线程和任务队列的示意图。
只要主线程空了，就会去读取"任务队列"，这就是JavaScript的运行机制。这个过程会不断重复。
三、事件和回调函数
"任务队列"是一个事件的队列（也可以理解成消息的队列），IO设备完成一项任务，就在"任务队列"中添加一个事件，表示相关的异步任务可以进入"执行栈"了。主线程读取"任务队列"，就是读取里面有哪些事件。
"任务队列"中的事件，除了IO设备的事件以外，还包括一些用户产生的事件（比如鼠标点击、页面滚动等等）。只要指定过回调函数，这些事件发生时就会进入"任务队列"，等待主线程读取。
所谓"回调函数"（callback），就是那些会被主线程挂起来的代码。异步任务必须指定回调函数，当主线程开始执行异步任务，就是执行对应的回调函数。
"任务队列"是一个先进先出的数据结构，排在前面的事件，优先被主线程读取。主线程的读取过程基本上是自动的，只要执行栈一清空，"任务队列"上第一位的事件就自动进入主线程。但是，由于存在后文提到的"定时器"功能，主线程首先要检查一下执行时间，某些事件只有到了规定的时间，才能返回主线程。
四、Event Loop
主线程从"任务队列"中读取事件，这个过程是循环不断的，所以整个的这种运行机制又称为Event Loop（事件循环）。
为了更好地理解Event Loop，请看下图。
上图中，主线程运行的时候，产生堆（heap）和栈（stack），栈中的代码调用各种外部API，它们在"任务队列"中加入各种事件（click，load，done）。只要栈中的代码执行完毕，主线程就会去读取"任务队列"，依次执行那些事件所对应的回调函数。
执行栈中的代码（同步任务），总是在读取"任务队列"（异步任务）之前执行。请看下面这个例子。
var req = new XMLHttpRequest();
req.open('GET', url);
req.onload = function (){};
req.onerror = function (){};
req.send();
上面代码中的req.send方法是Ajax操作向服务器发送数据，它是一个异步任务，意味着只有当前脚本的所有代码执行完，系统才会去读取"任务队列"。所以，它与下面的写法等价。
var req = new XMLHttpRequest();
req.open('GET', url);
req.send();
req.onload = function (){};
req.onerror = function (){};
也就是说，指定回调函数的部分（onload和onerror），在send()方法的前面或后面无关紧要，因为它们属于执行栈的一部分，系统总是执行完它们，才会去读取"任务队列"。
五、定时器
除了放置异步任务的事件，"任务队列"还可以放置定时事件，即指定某些代码在多少时间之后执行。这叫做"定时器"（timer）功能，也就是定时执行的代码。
定时器功能主要由setTimeout()和setInterval()这两个函数来完成，它们的内部运行机制完全一样，区别在于前者指定的代码是一次性执行，后者则为反复执行。以下主要讨论setTimeout()。
setTimeout()接受两个参数，第一个是回调函数，第二个是推迟执行的毫秒数。
console.log(1);
setTimeout(function(){console.log(2);},1000);
console.log(3);
上面代码的执行结果是1，3，2，因为setTimeout()将第二行推迟到1000毫秒之后执行。
如果将setTimeout()的第二个参数设为0，就表示当前代码执行完（执行栈清空）以后，立即执行（0毫秒间隔）指定的回调函数。
setTimeout(function(){console.log(1);}, 0);
console.log(2);
上面代码的执行结果总是2，1，因为只有在执行完第二行以后，系统才会去执行"任务队列"中的回调函数。
总之，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，也就是说，尽可能早得执行。它在"任务队列"的尾部添加一个事件，因此要等到同步任务和"任务队列"现有的事件都处理完，才会得到执行。
HTML5标准规定了setTimeout()的第二个参数的最小值（最短间隔），不得低于4毫秒，如果低于这个值，就会自动增加。在此之前，老版本的浏览器都将最短间隔设为10毫秒。另外，对于那些DOM的变动（尤其是涉及页面重新渲染的部分），通常不会立即执行，而是每16毫秒执行一次。这时使用requestAnimationFrame()的效果要好于setTimeout()。
需要注意的是，setTimeout()只是将事件插入了"任务队列"，必须等到当前代码（执行栈）执行完，主线程才会去执行它指定的回调函数。要是当前代码耗时很长，有可能要等很久，所以并没有办法保证，回调函数一定会在setTimeout()指定的时间执行。
六、宏任务与微任务
- 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');
- 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：
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')
})
})
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。
image.png - 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。
image.png - 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。
image.png - 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)
