浏览器的 event-loops 机制详解

标准中对 event-loops 的描述

为了协调事件,用户交互,脚本,渲染,网络等,用户代理必须使用本节所述的事件循环。有两种事件循环:browsing contextsworkers

每一个用户代理至少有一个 browsing contexts 事件循环,而一个 browsing contexts 事件循环至少有一个 browsing contexts,二者相互依存,一个 browsing contexts 总是有一个事件循环来协调其活动。 worker 事件循环也是类似的,并且 worker 进程模型管理其事件循环的生命周期。

一个事件循环有一至多个任务队列(task queues),而一个任务队列是一个有序的任务列表。
任务的算法如下:

  • 事件 Events
    在特定的 EventTarget
    分发一个 Event 对象通常认为是一种特定任务。
    注:并非所有事件都使用任务队列分发,也有许多事件在其他任务 (other tasks) 中分派。
  • 解析 Parsing
    解析 HTML 一个或多个字节然后处理结果令牌(tokens)也是一个典型的任务。
  • 回调 Callbacks
    调用一个回调通常属于特定的任务。
  • 使用资源 Using a resource
    当算法以非阻塞方式获取资源时,那么等到该资源可用时,对资源的处理属于一个任务。
  • 响应 DOM 操作 Reacting to DOM manipulation
    一些具有响应DOM操作元素也属于任务。例如:插入元素到 DOM 中。

一个事件循环有一个 当前正运行的任务(currently running task),初始值为 null。

一个事件循环也有一个 微任务执行检查点(performing a microtask checkpoint flag) ,初始值为 false,

一个事件循环有一个微任务队列。

事件循环的运行步骤如下:

1.在一个事件循环的一个任务队列中选出最旧(最先进队列)的任务,如果没有,则跳入 Microtasks 步骤。
2.将上一步选择的任务设置为事件循环当前正运行的任务。(flag)
3.运行选择的任务。
4.事件循环当前正运行的任务设置回 null。
5.将刚才选择的任务从任务队列中移除。
6.Microtasks 步骤:执行一个微任务(Microtasks)检查点。
7.更新渲染的内容:不同的事件循环有不同的副步骤。
8.返回第一步。

微任务检查点步骤:

如果 检查点的值为 false,
1.令检查点的值为 true。
2.处理微任务队列:如果微任务队列为空,则跳转到 完成(Done) 步骤
3.选择队列中最旧的微任务。
4.设置事件循环的 当前运行任务 为 上一步选择的任务。
5.运行选择的任务。
6.设置事件循环的 当前运行任务 为 null。
7.从微任务队列中移除该任务,回到 处理微任务队列步骤(2)。
8.完成(Done):
9.清理索引数据库。
10.令检查点的值为 false。

规范说明有两种微任务:孤立回调微任务(solitary callback microtasks)和复合微任务(compound microtasks)。(但是规范并没指出哪些任务是微任务)

note: 执行 promise 相关的 enqueuejob 会产生一个微任务。

总结

根据以上的内容可以绘出如下 event loop 大致概念图:
此图当前的状态是正在执行任务队列1中的任务1的微任务1。

需要注意的是规范里没有明说哪些是微任务哪些属于任务,但是通常的认知如下(出处):

task——setTimeout、setInterval、setImmediate、I/O、UI rendering
microtask——process.nextTick、promise、Object.observe、MutationObserver

实践学习

现有如下代码,思考输出的内容。

console.log('start')

setTimeout( function () {
  console.log('setTimeout')
}, 0 )

Promise.resolve().then(function() {
  console.log('promise1');
}).then(function() {
  console.log('promise2');
});

console.log('end')

首先你要知道,我们默认以上代码是以 script 标签嵌入在 html 内的,相当于 Using a resource ,也就是处理 script 标签内的代码相当于处理一个任务;当然你也可以说我给 script 的属性 async设为 true,那么之后处理该脚本时相当于回调 Callbacks,仍然是 处理一个任务。
处理该任务前的主执行栈应该是空的,如果不是空的,那应该先执行完主执行栈的内容才会去获取 event loop 内的任务;

回顾上文提到的 “事件循环的运行步骤”,先选出任务队列中最旧的任务,也就是上述的 script 脚本解析任务,设置为当前运行任务。
于是此时的 event loop 应该是这样的;


image.png

然后是 步骤3.运行选择的任务
于是我们逐行解析 script 脚本内的内容:

//进入主执行栈
console.log('start')

//做为 task 进入到 event loop
setTimeout( function () {
  console.log('setTimeout')
}, 0 )

//做为 microtask 进入到 event loop
Promise.resolve().then(function() {
  console.log('promise1');
}).then(function() {
  console.log('promise2');
});

//进入主执行栈
console.log('end')

解释完毕后,步骤4.设置当前运行任务为 null、5.将刚才选择的任务从任务队列中移除。

此时的事件循环如下(这里的微任务列表的 promise 可以理解为执行一次微任务解一层异步...):


image.png

接着步骤 6.执行一个微任务(Microtasks)检查点 >>> 去往微任务检查点步骤:
步骤1 - 5 :设置检查点的值、处理微任务队列、选择最旧的微任务、运行:
先解释队列中最旧的任务 > console.log('promise1'),然后执行下一个微任务

// 向微任务队列添加新内容
.then(function() {
  console.log('promise2');
})

然后 再执行下一个微任务 > console.log('promise2');

此时微任务队列已空,令微任务检查点的值为 false,回到事件循环步骤7.更新渲染的内容(如果执行的js代码中有渲染内容的变更),返回第一步,选出任务队列中最旧的任务,也就是
console.log('setTimeout'),依次往下,直至任务队列和微任务队列均为空,本次事件循环结束。

此时控制台的输出内容如下

// start
// end
// promise1
// promise2
// setTimeout

那么以下代码的输出内容又是怎样的顺序?可以尝试绘制一下几个过程的 事件循环 图... 能正确得出结果就算理解了,结果我就不码了,浏览器里跑一下就知道了...

  Promise.resolve().then(function promise1 () {
    console.log('promise1');
  })
  setTimeout(function setTimeout1 (){
    console.log('setTimeout1')
    Promise.resolve().then(function  promise2 () {
      console.log('promise2');
    })
  }, 0)

  setTimeout(function setTimeout2 (){
    console.log('setTimeout2')
  }, 0)

参考文章:
event-loops
Philip Roberts: What the heck is the event loop anyway? | JSConf EU 2014
从event loop规范探究javaScript异步及浏览器更新渲染时机
推荐阅读:
不要混淆nodejs和浏览器中的event loop

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