结合Promise看JS的事件循环机制(Event Loop)

一、JS是单线程

由于JS是浏览器脚本语言,主要用途是和用户互动以及操作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。

JS是单线程,这个线程中只拥有唯一的一个事件循环。

二、任务队列

单线程意味着,所有的任务需要排队,前一个任务结束,才会执行下一个任务。

但是,如果前一个任务耗时很长,后一个任务就不得不一直等待,有时候会遇见这样的问题,很多时候CPU空闲,但是由于IO设备(输入输出设备)很慢,比如AJAX操作从网络中读取数据,但是这时主线程完全可以不管IO设备,挂起处于等待的任务,先运行排在后面的任务,等到IO设备返回了结果,再把挂起的任务继续执行。

所以,任务可以分成两种,一种是同步任务,另一种是异步任务。

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。

事件循环的步骤:
(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。

三、关于事件循环和任务队列的规则

  • 一个线程中,事件循环是唯一的,但是任务队列可以有多个;
  • 任务队列又分为macro-task(宏任务)和micro-task(微任务);
  • macro-task大概包括:script(整体代码),setTimeout,setInterval,setImmediate,I/O,UI rendering;
  • micro-task大概包括:process.nextTick,Promise,Object.observe(已废弃),MutationObserver(html5新特性)
  • setTimeout/Promise等我们称之为任务源。而进入任务队列的是他们指定的具体执行任务。
  • 来自不同任务源的任务会进入到不同的任务队列
  • 事件循环的顺序,决定了JavaScript代码的执行顺序。它从script(整体代码)开始第一次循环。之后全局上下文进入函数调用栈。直到调用栈清空(只剩全局),然后执行所有的micro-task。当所有可执行的micro-task执行完毕之后。循环再次从macro-task开始,找到其中一个任务队列执行完毕,然后再执行所有的micro-task,这样一直循环下去。
  • 其中每一个任务的执行,无论是macro-task还是micro-task,都是借助函数调用栈来完成

setTimeout作为一个任务分发器,这个函数会立即执行,而它所要分发的任务,也就是它的第一个参数,才是延迟执行。

四、结合实例理解JS事件循环机制

/**
 * example one
 *
 * 一开始,只有script(整体代码),分发到macro-task队列
 * setTimeout函数:宏任务源,分发到对应的macro-task队列
 * Promise实例:构造函数中的第一个参数是在new时执行的,不会进入其他队列
 *              .then被分发到micro-task的Promise队列中
 *script任务继续往下执行,输出global1,然后,全局任务执行完毕
 *
 * 第一个宏任务script执行完毕之后,就开始执行所有的可执行的微任务
 * 这时候,微任务中,只有Promise队列中的任务then1,执行输出
 *
 * 当所有的微任务执行完毕后,第一轮循环结束,第二轮循环开始,第二轮循环仍然从宏任务macro-task开始
 *
 * 宏任务中,只有在setTimeout队列中还有一个timeout1的任务等待执行。因此就直接执行即可
 *
 * 结果:
 * promise1 =》 promise2 =》 global1 =》 then1 =》 timeout1
 */
setTimeout(function() {
    console.log('timeout1');
});

new Promise(function(resolve) {
    console.log('promise1');
    for(let i = 0; i < 1000; i++) {
        i === 99 && resolve();
    }
    console.log('promise2');
}).then(function() {
    console.log('then1');
});

console.log('global1');
/**
 * example two
 *
 * 宏任务script首先执行,全局入栈,glob1输出
 * setTimeout:分发到对应的宏任务队列
 * setImmediate:分发到排列在setTimeout后面的宏任务队列
 * process.nextTick: 分发到process.nextTick微任务队列
 * Promise:构造函数直接执行,输出glob1_promise
 *          then分发到Promise相关微任务队列
 * setTimeout(第二个):分发到setTimeout相关任务队列,排在setTimeout1后面
 * process.nextTick(第二个):分发到process.nextTick相关微任务队列,排在第一个process.nextTick后面
 * Promise(第二个):构造函数直接执行,输出glob2_promise
 *                   then分发到Promise相关微任务队列(第一个后面)
 * setImmediate(第二个):分发到排列在setImmediate(第一个后面)的相关宏任务队列
 *
 * script执行完毕
 *
 * 执行所有的微任务队列中的任务,所有可执行的微任务执行完毕之后,这一轮循环结束
 * 微队列依次输出:process.nextTick微队列:glob1_nextTick =》 glob2_nextTick
 *               Promise微队列:glob1_then =》 glob2_then
 *
 * 微任务执行完毕,循环结束,从宏队列开始
 * 执行setTimeout(先入队),借助函数调用栈来完成,并且遇到任务分发器的时候也会将任务分发到对应的队列中去。
 *
 * setTimeout宏队列(两个任务都要执行,setTimeout1先执行,setTimeout2后执行):
 * setTimeout(第一个):执行timeout1
 *                      process.nextTick分发到process.nextTick相关微队列
 *                      Promise构造函数直接执行:timeout1_promise
 *                      then分发到Promise相关微队列
 * setTimeout(第二个):执行timeout2
 *                      process.nextTick分发到process.nextTick相关微队列
 *                      Promise构造函数直接执行:timeout1_promise
 *                      then分发到Promise相关微队列
 *
 * setTimeout宏队列执行输出顺序:
 *                     函数调用栈输出:timeout1 =》timeout1_promise =》timeout2 =》timeout2_promise
 *                     微队列执行:process.nextTick微队列:timeout1_nextTick =》timeout2_nextTick
 *                                Promise微队列:timeout1_then =》timeout2_then
 *
 * 循环结束,新一轮循环开始
 * setImmediate宏队列(两个任务都要执行,setImmediate1先执行,setImmediate2后执行):
 * setImmediate(第一个):执行immediate1
 *                      process.nextTick分发到process.nextTick相关微队列
 *                      Promise构造函数直接执行:immediate1_promise
 *                      then分发到Promise相关微队列
 * setImmediate(第二个):执行immediate2
 *                      process.nextTick分发到process.nextTick相关微队列
 *                      Promise构造函数直接执行:immediate2_promise
 *                      then分发到Promise相关微队列
 *setImmediate宏队列执行输出顺序:
 *                     函数调用栈输出:immediate1 =》immediate1_promise =》immediate2 =》immediate2_promise
 *                     微队列执行:process.nextTick微队列:immediate1_nextTick =》immediate2_nextTick
 *                                Promise微队列:immediate1_then =》immediate2_then
 *
 * 循环完毕,执行完成
 * 输出结果:
 * golb1 =》glob1_promise =》glob2_promise =》glob1_nextTick =》glob2_nextTick =》glob1_then =》 glob2_then
 * =》timeout1 =》timeout1_promise =》timeout2 =》timeout2_promise =》timeout1_nextTick =》timeout2_nextTick
 * =》timeout1_then =》timeout2_then =》immediate1 =》immediate1_promise =》immediate2 =》immediate2_promise
 * =》immediate1_nextTick =》immediate2_nextTick =》immediate1_then =》immediate2_then
 */

console.log('golb1');

setTimeout(function() {
    console.log('timeout1');
    process.nextTick(function() {
        console.log('timeout1_nextTick');
    });
    new Promise(function(resolve) {
        console.log('timeout1_promise');
        resolve();
    }).then(function() {
        console.log('timeout1_then')
    })
});

setImmediate(function() {
    console.log('immediate1');
    process.nextTick(function() {
        console.log('immediate1_nextTick');
    });
    new Promise(function(resolve) {
        console.log('immediate1_promise');
        resolve();
    }).then(function() {
        console.log('immediate1_then')
    })
});

process.nextTick(function() {
    console.log('glob1_nextTick');
});
new Promise(function(resolve) {
    console.log('glob1_promise');
    resolve();
}).then(function() {
    console.log('glob1_then')
});

setTimeout(function() {
    console.log('timeout2');
    process.nextTick(function() {
        console.log('timeout2_nextTick');
    });
    new Promise(function(resolve) {
        console.log('timeout2_promise');
        resolve();
    }).then(function() {
        console.log('timeout2_then')
    })
});

process.nextTick(function() {
    console.log('glob2_nextTick');
});
new Promise(function(resolve) {
    console.log('glob2_promise');
    resolve();
}).then(function() {
    console.log('glob2_then')
});

setImmediate(function() {
    console.log('immediate2');
    process.nextTick(function() {
        console.log('immediate2_nextTick');
    });
    new Promise(function(resolve) {
        console.log('immediate2_promise');
        resolve();
    }).then(function() {
        console.log('immediate2_then')
    })
});
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