JavaScript 浏览器事件循环 EventLoop(macroTask、microTask)

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前言

console.log(0);

setTimeout(function(){
    console.log(1);
})

console.log(2);

当我们看到这样一段代码时,我们就应该明白面试官是想考察JavaScript引擎的内部运行机制

为什么输出顺序是 0、2、1,而不是0、1、2呢?

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。

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。

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。

EventLoop

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)。

那么是所有的异步事件都添加到同一个队列中等待执行吗?

console.log(0);

setTimeout(function(){
    console.log(1);
})

Promise.resolve().then(()=>{
    console.log(2);
})

console.log(3);

如果异步事件都添加到同一个任务队列中的话执行结果应该是:0、3、1、2;但是我们的输出结果是:0、3、2、1

其实任务队列包含两种类型:macrotask队列microtask队列

macrotask 宏观任务

macrotask:包含执行整体的js代码,事件回调,XHR回调,定时器(setTimeout/setInterval/setImmediate),IO操作,UI render

microtask 微观任务

microtask:包括promise回调,MutationObserver,process.nextTick,Object.observe

其中setImmediate和process.nextTick是nodejs的实现。

还有一种理解是宿主(浏览器)发起的任务称为宏观任务,把 JavaScript 引擎发起的任务称为微观任务。

事件处理过程

看图应该很好理解:

  1. 先执行 macrotask
  2. 再执行 macrotask 包含的 microtask 任务队列
  3. 然后循环,再执行 macrotask
  4. 再是 macrotask 包含的 microtask 任务队列
  5. ...不断循环

一次事件循环就是重复执行macrotask,每个宏观任务中又包含了一个微观任务队列。

console.log(0);

setTimeout(function(){
    console.log(1);
})

Promise.resolve().then(()=>{
    console.log(2);
})

console.log(3);

回顾macrotask的定义,我们知道全局代码属于macrotask,macrotask执行完,那接下来就是执行microtask队列的任务了

  1. macrotask 包含 console.log(1); console.log(3); 输出1、3
  2. 然后执行 microtask 包含:Promise.resolve.then((data)=>{console.log(data);}) 其实是执行Promise.resolve.then的回调函数的。输出 2
  3. 上面就结束了一轮事件循环,下面执行下一轮事件循环。
  4. macrotask 包含了 setTimeout(function(){ console.log(1);}) // 输出 1

再来看一个例子:

console.log('start')

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

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

console.log('end')

图片和案例均来自网络,因此不要问我是怎么制作的动图。

总结

  1. 事件循环是js实现异步的核心
  2. 每轮事件循环的步骤
    1. 执行macrotask队列的一个任务
    2. 执行完当前microtask队列的所有任务