js的事件循环机制

众所周知,JavaScript 是一门单线程语言,虽然在 html5 中提出了 Web-Worker ,但这并未改变 JavaScript 是单线程这一核心。可看HTML规范中的这段话:

To coordinate events, user interaction, scripts, rendering, networking, and so forth, user agents must use event loops as described in this section. There are two kinds of event loops: those for browsing contexts, and those for workers.

为了协调事件、用户交互、脚本、UI 渲染和网络处理等行为,用户引擎必须使用 event loops。Event Loop 包含两类:一类是基于 Browsing Context ,一种是基于 Worker ,二者是独立运行的。 下面本文用一个例子,着重讲解下基于 Browsing Context 的事件循环机制。
下面来看一段js代码:

console.log('script start');

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

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

console.log('script end');

先猜测一下这段代码的输出顺序是什么,再去浏览器控制台输入一下,看看实际输出的顺序和你猜测出的顺序是否一致,如果一致,那就说明,你对 JavaScript 的事件循环机制还是有一定了解的,继续往下看可以巩固下你的知识;而如果实际输出的顺序和你的猜测不一致,那么本文下面的部分会为你答疑解惑。

任务队列

所有的任务可以分为同步任务和异步任务,同步任务,顾名思义,就是立即执行的任务,同步任务一般会直接进入到主线程中执行,而异步任务,就是异步执行的任务,比如ajax网络请求,serTimeout定时函数等都属于异步任务,异步任务会通过任务队列(Event Queue)的机制来进行协调,具体的可以用以下的图大致说明以下:


事件机制1.jpeg

同步和异步任务分别进入不同的执行环境,同步的进入主线程,即主执行栈,异步的进入Event Queue。主线程内的任务执行完毕为空,会去Event Queue 读取对应的任务,推入主线程执行,上述过程的不断重复就是我们说的Event Loop(事件循环)。
在事件循环中,每进行一次循环操作称为tick,通过阅读规范可知,每一次tick的任务处理模型是比较复杂的,其关键的步骤可以总结如下:
1. 在此次tick中选择最先进入队列的任务(oldest task),如果有则执行(一次);
2. 在检查是否存在Microtasks,如果存在则不停的执行,直至清空Microtask Queue
3. 更新render
4. 主线程重复执行上述步骤
可以用一张图来说明流程:


事件机制2.png

这里有人会想问,什么是microtasks?规范中规定,task分为两大类,分别是Macro Task(宏任务)和Micro Task(微任务),并且每个宏任务结束后,都要清空所有的微任务,这里的Macro Task也就是我们常说的task,有些文章并没有对其做区分,后面文章中所提的task都看作宏任务(macro task)。
mcro task 主要包括: script(整体代码)、setTimeout、setInterval、I/O、UI交互事件、setImmediate(Node.js环境)

micro task 主要包括: Promise、MutationObserver、process.nextTick(Node.js环境)
setTimeout/Promise等API便是任务源,而进入任务队列的是由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。其中setTimeout与setInterval是同源的。

分析示例代码

千言万语,不如就着例子将来的清楚,下面我们可以按照规范,一步步执行解析下这个例子,先贴一下例子代码

console.log('script start');

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

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

console.log('script end');
  1. 整体script作为第一个宏任务进入主线程,遇到console.log,输出script start
  2. 遇到 setTimeout,其回调函数被分发到宏任务 Event Queue 中
  3. 遇到 Promise,其 then函数被分到到微任务 Event Queue 中,记为 then1,之后又遇到了 then 函数,将其分到微任务 Event Queue 中,记为 then2
  4. 遇到 console.log,输出 script end
    至此,Event Queue中存在三个任务,如下表:


    任务.png

    所以后面执行Event Queue中的任务
    1、执行微任务,首先执行then1,输出promise1,然后执行then2,输出promise,这样就清空了所以微任务
    2、执行setTimeout任务,输出setTimeout,至此,输出的顺序是:script start, script end, promise1, promise2, setTimeout。

看看你掌握没,再来一道
console.log('script start');

setTimeout(function() {
  console.log('timeout1');
}, 10);

new Promise(resolve => {
    console.log('promise1');
    resolve();
    setTimeout(() => console.log('timeout2'), 10);
}).then(function() {
    console.log('then1')
})

console.log('script end');

这个题目就稍微有点复杂了,我们再分析下:
首先,事件循环从宏任务 (macrotask) 队列开始,最初始,宏任务队列中,只有一个 scrip t(整体代码)任务;当遇到任务源 (task source) 时,则会先分发任务到对应的任务队列中去。所以,就和上面例子类似,首先遇到了console.log,输出 script start; 接着往下走,遇到 setTimeout 任务源,将其分发到任务队列中去,记为 timeout1; 接着遇到 promise,new promise 中的代码立即执行,输出 promise1, 然后执行 resolve ,遇到 setTimeout ,将其分发到任务队列中去,记为 timemout2, 将其 then 分发到微任务队列中去,记为 then1; 接着遇到 console.log 代码,直接输出 script end 接着检查微任务队列,发现有个 then1 微任务,执行,输出then1 再检查微任务队列,发现已经清空,则开始检查宏任务队列,执行 timeout1,输出 timeout1; 接着执行 timeout2,输出 timeout2 至此,所有的都队列都已清空,执行完毕。其输出的顺序依次是:script start, promise1, script end, then1, timeout1, timeout2。
用流程图更清晰:


最后.png
总结

有个小 tip:从规范来看,microtask 优先于 task 执行,所以如果有需要优先执行的逻辑,放入microtask 队列会比 task 更早的被执行。
最后的最后,记住,JavaScript 是一门单线程语言,异步操作都是放到事件循环队列里面,等待主执行栈来执行的,并没有专门的异步执行线程。。

参考文献

这一次,彻底弄懂 JavaScript 执行机制 Tasks, microtasks, queues and schedules 从一道题浅说 JavaScript 的事件循环

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