原文：www.valentinog.com/blog/engine…
譯者：前端小智
為了保證的可讀性，本文采用意譯而非直譯。
有沒有想過瀏覽器如何讀取和執行JS程式碼？ 這看起來很神奇，我們可以通過瀏覽器提供的控制檯來了解背後的一些原理。
在Chrome中開啟瀏覽器控制檯，然後檢視Sources這欄，在右側可以到一個 Call Stack 盒子。
JS 引擎是一個可以編譯和解釋我們的JS程式碼強大的元件。 最受歡迎的JS 引擎是V8，由 Google Chrome 和 Node.j s使用，SpiderMonkey 用於Firefox，以及Safari/WebKit使用的 JavaScriptCore。
雖然現在 JS 引擎不是幫我們處理全面的工作。但是每個引擎中都有一些較小的元件為我們做繁瑣的的工作。
其中一個元件是呼叫堆疊(Call Stack)，與全域性記憶體和執行上下文一起執行我們的程式碼。
Js 引擎和全域性記憶體(Global Memory)
JavaScript 是編譯語言同時也是解釋語言。信不信由你，JS 引擎在執行程式碼之前只需要幾微秒就能編譯程式碼。
這聽起來很神奇，對吧?這種神奇的功能稱為JIT(及時編譯)。這個是一個很大的話題，一本書都不足以描述JIT是如何工作的。但現在，我們午飯可以跳過編譯背後的理論，將重點放在執行階段，儘管如此，這仍然很有趣。
考慮以下程式碼：
var num = 2;
function pow(num) {
return num * num;
}
複製程式碼如果問你如何在瀏覽器中處理上述程式碼？ 你會說些什麼？ 你可能會說“瀏覽器讀取程式碼”或“瀏覽器執行程式碼”。
現實比這更微妙。首先，讀取這段程式碼的不是瀏覽器，是JS引擎。JS引擎讀取程式碼，一旦遇到第一行，就會將幾個引用放入全域性記憶體。
全域性記憶體(也稱為堆) JS引擎儲存變數和函式宣告的地方。因此，回到上面示例，當 JS引擎讀取上面的程式碼時，全域性記憶體中放入了兩個繫結。
即使示例只有變數和函式，也要考慮你的JS程式碼在更大的環境中執行：在瀏覽器中或在Node.js中。 在這些環境中，有許多預定義的函式和變數，稱為全域性變數。 全球記憶將比num和pow更多。
上例中，沒有執行任何操作，但是如果我們像這樣執行函式會怎麼樣呢：
var num = 2;
function pow(num) {
return num * num;
}
pow(num);
複製程式碼現在事情變得有趣了。當函式被呼叫時，JavaScript引擎會為全域性執行上下文和呼叫棧騰出空間。
JS引擎:它們是如何工作的? 全域性執行上下文和呼叫堆疊
剛剛瞭解了 JS引擎如何讀取變數和函式宣告，它們最終被放入了全域性記憶體(堆)中。
但現在我們執行了一個JS函式，JS引擎必須處理它。怎麼做？每個JS引擎中都有一個基本元件，叫呼叫堆疊。
呼叫堆疊是一個堆疊資料結構：這意味著元素可以從頂部進入，但如果它們上面有一些元素，它們就不能離開，JS 函式就是這樣的。
一旦執行，如果其他函式仍然被阻塞，它們就不能離開呼叫堆疊。請注意，這個有助於你理解“JavaScript是單執行緒的”這句話。
回到我們的例子，當函式被呼叫時，JS引擎將該函式推入呼叫堆疊
同時，JS 引擎還分配了一個全域性執行上下文，這是執行JS程式碼的全域性環境，如下所示
想象全域性執行上下文是一個海洋，其中全域性函式像魚一樣遊動，多美好！ 但現實遠非那麼簡單， 如果我函式有一些巢狀變數或一個或多個內部函式怎麼辦？
即使是像下面這樣的簡單變化，JS引擎也會建立一個本地執行上下文:
var num = 2;
function pow(num) {
var fixed = 89;
return num * num;
}
pow(num);
複製程式碼注意，我在pow函式中新增了一個名為fixed的變數。在這種情況下，pow函式中會建立一個本地執行上下文，fixed 變數被放入pow函式中的本地執行上下文中。
對於巢狀函式的每個巢狀函式，引擎都會建立更多的本地執行上下文。
JavaScript 是單執行緒和其他有趣的故事
JavaScript是單執行緒的，因為只有一個呼叫堆疊處理我們的函式。也就是說，如果有其他函式等待執行，函式就不能離開呼叫堆疊。
在處理同步程式碼時，這不是問題。例如，兩個數字之間的和是同步的，以微秒為單位。但如果涉及非同步的時候，怎麼辦呢?
幸運的是，預設情況下JS引擎是非同步的。即使它一次執行一個函式，也有一種方法可以讓外部（如：瀏覽器）執行速度較慢的函式，稍後探討這個主題。
當瀏覽器載入某些JS程式碼時，JS引擎會逐行讀取並執行以下步驟：
- 將變數和函式的宣告放入全域性記憶體(堆)中
- 將函式的呼叫放入呼叫堆疊
- 建立全域性執行上下文，在其中執行全域性函式
- 建立多個本地執行上下文(如果有內部變數或巢狀函式)
到目前為止，對JS引擎的同步機制有了基本的瞭解。 在接下來的部分中，講講 JS 非同步工作原理。
非同步JS，回撥佇列和事件迴圈
全域性記憶體(堆)，執行上下文和呼叫堆疊解釋了同步 JS 程式碼在瀏覽器中的執行方式。 然而，我們遺漏了一些東西，當有一些非同步函式執行時會發生什麼？
請記住，呼叫堆疊一次可以執行一個函式，甚至一個阻塞函式也可以直接凍結瀏覽器。 幸運的是JavaScript引擎是聰明的，並且在瀏覽器的幫助下可以解決問題。
當我們執行一個非同步函式時，瀏覽器接受該函式並執行它。考慮如下程式碼：
setTimeout(callback, 10000);
function callback(){
console.log('hello timer!');
}
複製程式碼setTimeout 大家都知道得用得很多次了，但你可能不知道它不是內建的JS函式。 也就是說，當JS 出現，語言中沒有內建的setTimeout。
setTimeout瀏覽器API( Browser API)的一部分，它是瀏覽器免費提供給我們的一組方便的工具。這在實戰中意味著什麼?由於setTimeout是一個瀏覽器的一個Api，函式由瀏覽器直接執行(它會在呼叫堆疊中出現一會兒，但會立即刪除)。
10秒後，瀏覽器接受我們傳入的回撥函式並將其移動到回撥佇列(Callback Queu)中。。考慮以下程式碼
var num = 2;
function pow(num) {
return num * num;
}
pow(num);
setTimeout(callback, 10000);
function callback(){
console.log('hello timer!');
}
複製程式碼示意圖如下：
如你所見，setTimeout在瀏覽器上下文中執行。 10秒後，計時器被觸發，回撥函式準備執行。 但首先它必須通過回撥佇列(Callback Queue)。 回撥佇列是一個佇列資料結構，回撥佇列是一個有序的函式佇列。
每個非同步函式在被放入呼叫堆疊之前必須通過回撥佇列，但這個工作是誰做的呢，那就是事件迴圈(Event Loop)。
事件迴圈只有一個任務:它檢查呼叫堆疊是否為空。如果回調佇列中(Callback Queue)有某個函式，並且呼叫堆疊是空閒的，那麼就將其放入呼叫堆疊中。
完成後，執行該函式。 以下是用於處理非同步和同步程式碼的JS引擎的圖：
想象一下，callback() 已準備好執行，當 pow() 完成時，呼叫堆疊(Call Stack) 為空，事件迴圈(Event Look) 將 callback() 放入呼叫堆中。大概就是這樣，如果你理解了上面的插圖，那麼你就可以理解所有的JavaScript了。
回撥地獄和 ES6 中的Promises
JS 中回撥函式無處不在，它們用於同步和非同步程式碼。 考慮如下map方法：
function mapper(element){
return element * 2;
}
[1, 2, 3, 4, 5].map(mapper);
複製程式碼mapper是一個在map內部傳遞的回撥函式。上面的程式碼是同步的，考慮非同步的情況：
function runMeEvery(){
console.log('Ran!');
}
setInterval(runMeEvery, 5000);
複製程式碼該程式碼是非同步的，我們在setInterval中傳遞迴調runMeEvery。回撥在JS中無處不在，因此就會出現了一個問題:回撥地獄。
JavaScript 中的回撥地獄指的是一種程式設計風格，其中回撥巢狀在回撥函式中，而回撥函式又巢狀在其他回撥函式中。由於 JS 非同步特性，js 程式設計師多年來陷入了這個陷阱。
說實話，我從來沒有遇到過極端的回撥金字塔，這可能是因為我重視可讀程式碼，而且我總是堅持這個原則。如果你在遇到了回撥地獄的問題，說明你的函式做得太多。
這裡不會討論回撥地獄，如果你好奇，有一個網站，callbackhell.com，它更詳細地探索了這個問題，並提供了一些解決方案。
我們現在要關注的是ES6的 Promises。ES6 Promises是JS語言的一個補充，旨在解決可怕的回撥地獄。但什麼是 Promises 呢?
JS的 Promise是未來事件的表示。 Promise 可以以成功結束：用行話說我們已經解決了resolved(fulfilled)。 但如果 Promise 出錯，我們會說它處於**拒絕(rejected )狀態。 Promise 也有一個預設狀態：每個新的 Promise 都以掛起(pending)**狀態開始。
建立和使用 JavaScript 的 Promises
要建立一個新的 Promise，可以通過傳遞迴調函式來呼叫 Promise 建構函式。回撥函式可以接受兩個引數:resolve和reject。如下所示：
const myPromise = new Promise(function(resolve){
setTimeout(function(){
resolve()
}, 5000)
});
複製程式碼如下所示，resolve是一個函式，呼叫它是為了使Promise 成功，別外也可以使用 reject 來表示呼叫失敗。
const myPromise = new Promise(function(resolve, reject){
setTimeout(function(){
reject()
}, 5000)
});
複製程式碼注意，在第一個示例中可以省略reject，因為它是第二個引數。但是，如果打算使用reject，則不能忽略resolve，如下所示，最終將得到一個resolved 的承諾，而非 reject。
// 不能忽略 resolve !
const myPromise = new Promise(function(reject){
setTimeout(function(){
reject()
}, 5000)
});
複製程式碼現在，Promises看起來並不那麼有用，我們可以向它新增一些資料，如下所示：
const myPromise = new Promise(function(resolve) {
resolve([{ name: "Chris" }]);
});
複製程式碼但我們仍然看不到任何資料。 要從Promise中提取資料，需要連結一個名為then的方法。 它需要一個回撥來接收實際資料：
const myPromise = new Promise(function(resolve, reject) {
resolve([{ name: "Chris" }]);
});
myPromise.then(function(data) {
console.log(data);
});
複製程式碼Promises 的錯誤處理
對於同步程式碼而言，JS 錯誤處理大都很簡單，如下所示：
function makeAnError() {
throw Error("Sorry mate!");
}
try {
makeAnError();
} catch (error) {
console.log("Catching the error! " + error);
}
複製程式碼將會輸出：
Catching the error! Error: Sorry mate!
複製程式碼現在嘗試使用非同步函式：
function makeAnError() {
throw Error("Sorry mate!");
}
try {
setTimeout(makeAnError, 5000);
} catch (error) {
console.log("Catching the error! " + error);
複製程式碼由於setTimeout，上面的程式碼是非同步的，看看執行會發生什麼：
throw Error("Sorry mate!");
^
Error: Sorry mate!
at Timeout.makeAnError [as _onTimeout] (/home/valentino/Code/piccolo-javascript/async.js:2:9)
複製程式碼這次的輸出是不同的。錯誤沒有通過catch塊，它可以自由地在堆疊中向上傳播。
那是因為try/catch僅適用於同步程式碼。 如果你很好奇，Node.js中的錯誤處理會詳細解釋這個問題。
幸運的是，Promise 有一種處理非同步錯誤的方法，就像它們是同步的一樣：
const myPromise = new Promise(function(resolve, reject) {
reject('Errored, sorry!');
});
複製程式碼在上面的例子中，我們可以使用catch處理程式處理錯誤：
const myPromise = new Promise(function(resolve, reject) {
reject('Errored, sorry!');
});
myPromise.catch(err => console.log(err));
複製程式碼我們也可以呼叫Promise.reject()來建立和拒絕一個Promise
Promise.reject({msg: 'Rejected!'}).catch(err => console.log(err));
複製程式碼Promises 組合：Promise.all，Promise.allSettled， Promise.any
Promise API 提供了許多將Promise組合在一起的方法。 其中最有用的是Promise.all，它接受一個Promises陣列並返回一個Promise。 如果引數中 promise 有一個失敗（rejected），此例項回撥失敗（reject），失敗原因的是第一個失敗 promise 的結果。
Promise.race(iterable) 方法返回一個 promise，一旦迭代器中的某個promise解決或拒絕，返回的 promise就會解決或拒絕。
較新版本的V8也將實現兩個新的組合：Promise.allSettled和Promise.any。 Promise.any仍然處於提案的早期階段：在撰寫本文時，仍然沒有瀏覽器支援它。
Promise.any可以表明任何Promise是否fullfilled。 與 Promise.race的區別在於Promise.any不會拒絕即使其中一個Promise被拒絕。
無論如何，兩者中最有趣的是 Promise.allSettled，它也是 Promise 陣列，但如果其中一個Promise拒絕，它不會短路。 當你想要檢查Promise陣列是否全部已解決時，它是有用的，無論最終是否拒絕，可以把它想象成Promise.all 的反對者。
非同步進化：從Promises 到 async/await
ECMAScript 2017 (ES8)的出現，推出了新的語法誕生了async/await。
async/await只是Promise 語法糖。它只是一種基於Promises編寫非同步程式碼的新方法， async/await 不會以任何方式改變JS，請記住，JS必須向後相容舊瀏覽器，不應破壞現有程式碼。
來個例子：
const myPromise = new Promise(function(resolve, reject) {
resolve([{ name: "Chris" }]);
});
myPromise.then((data) => console.log(data))
複製程式碼使用async/await, 我們可以將Promise包裝在標記為async的函式中，然後等待結果的返回：
const myPromise = new Promise(function(resolve, reject) {
resolve([{ name: "Chris" }]);
});
async function getData() {
const data = await myPromise;
console.log(data);
}
getData();
複製程式碼有趣的是，async 函式也會返回Promise，你也可以這樣做：
async function getData() {
const data = await myPromise;
return data;
}
getData().then(data => console.log(data));
複製程式碼那如何處理錯誤？ async/await提一個好處就是可以使用try/catch。 再看一下Promise，我們使用catch處理程式來處理錯誤：
const myPromise = new Promise(function(resolve, reject) {
reject('Errored, sorry!');
});
myPromise.catch(err => console.log(err));
複製程式碼使用async函式，我們可以重構以上程式碼：
async function getData() {
try {
const data = await myPromise;
console.log(data);
// or return the data with return data
} catch (error) {
console.log(error);
}
}
getData();
複製程式碼並不是每個人都喜歡這種風格。try/catch會使程式碼變得冗長，在使用try/catch時，還有另一個怪異的地方需要指出，如下所示：
async function getData() {
try {
if (true) {
throw Error("Catch me if you can");
}
} catch (err) {
console.log(err.message);
}
}
getData()
.then(() => console.log("I will run no matter what!"))
.catch(() => console.log("Catching err"));
複製程式碼執行結果：
以上兩個字串都會列印。 請記住， try/catch 是一個同步構造，但我們的非同步函式產生一個Promise。 他們在兩條不同的軌道上行駛，比如兩列火車。但他們永遠不會見面， 也就是說，throw 丟擲的錯誤永遠不會觸發**getData()**的catch方法。
實戰中，我們不希望throw觸then的處理程式。 一種的解決方案是從函式返回Promise.reject()：
async function getData() {
try {
if (true) {
return Promise.reject("Catch me if you can");
}
} catch (err) {
console.log(err.message);
}
}
複製程式碼現在按預期處理錯誤
getData()
.then(() => console.log("I will NOT run no matter what!"))
.catch(() => console.log("Catching err"));
"Catching err" // 輸出
複製程式碼除此之外，async/await似乎是在JS中構建非同步程式碼的最佳方式。 我們可以更好地控制錯誤處理，程式碼看起來也更清晰。
程式碼部署後可能存在的BUG沒法實時知道，事後為了解決這些BUG，花了大量的時間進行log 除錯，這邊順便給大家推薦一個好用的BUG監控工具 Fundebug。
總結
JS 是一種用於Web的指令碼語言，具有先編譯然後由引擎解釋的特性。 在最流行的JS引擎中，有谷歌Chrome和Node.js使用的V8，有Firefox構建的SpiderMonkey，以及Safari使用的JavaScriptCore。
JS引擎包含很有元件:呼叫堆疊、全域性記憶體(堆)、事件迴圈、回撥佇列。所有這些元件一起工作，完美地進行了調優，以處理JS中的同步和非同步程式碼。
JS引擎是單執行緒的，這意味著執行函式只有一個呼叫堆疊。這一限制是JS非同步本質的基礎:所有需要時間的操作都必須由外部實體(例如瀏覽器)或回撥函式負責。
為了簡化非同步程式碼流，ECMAScript 2015 給我們帶來了Promise。 Promise 是一個非同步物件，用於表示任何非同步操作的失敗或成功。 但改進並沒有止步於此。 在2017年，async/ await誕生了：它是Promise的一種風格彌補，使得編寫非同步程式碼成為可能，就好像它是同步的一樣。
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我是小智，公眾號「大遷世界」作者，對前端技術保持學習愛好者。我會經常分享自己所學所看的乾貨，在進階的路上，共勉！
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