JS异步编程(2)-异步核心Event loop

这是我参与更文挑战的第2天，活动详情查看：更文挑战

Event loop 是 JavaScript 异步编程的核心，通过事件循环机制，让单线程的 JavaScript 具备异步处理任务的能力

异步任务队列

异步任务队列分为两类

宏任务队列
微任务队列都用于存放异步任务

为什么异步队列要分宏微任务？

其实在学习了 Event loop 很久之后，才突然反应过来，反问自己这个最初的问题
异步队列有一个就行了，已经能够满足异步操作的需求，为什么还需要分两种队列呢？

答案是：为了插队！

宏微任务的执行逻辑，本质上就是为了满足异步操作的插队需求，让某个后插入的异步操作尽量早的执行

宏任务(macrotasks)

API	Web	Node
DOM API	✅	❌
I/O	❌	✅
setTimeout	✅	✅
setInterval	✅	✅
setImmediate	✅	✅
requestAnimationFrame	✅	❌

有些地方会把 UI Rendering 也列为宏任务
但是在 HTML 规范文档中，发现这其实是和微任务平行的一个操作步骤

UI Rendering 代表的不是一个单一的任务，而是一个任务队列(queue)
具备一些不同于普通宏任务和微任务的特性
- 触发的时机在当前微任务队列和下一个宏任务之间
- UI Rendering 执行中触发的新的 requestAnimationFrame，不会推进当前正在执行的 UI Rendering 队列。而是进入下一次的 UI Rendering 队列

微任务(microtasks)

API	Web	Node
process.nextTick	❌	✅
MutationObserver	✅	❌
Promise.then catch finally	✅	✅

process.nextTick 和 web 端的 UI Rendering 类似

process.nextTick 也有一个自己的任务队列 nextTick queue
具备一些不同于普通微任务的特性
- 触发的时机在当前宏任务和当前微任务队列之间

执行机制

Web 中的执行机制

浏览器环境下的 Event loop 是由HTML5规范明确定义，由各大浏览器厂商各自实现
这里主要涉及到下面几个浏览器线程：

JS引擎线程：主要处理主执行栈任务（同步任务）
异步http请求线程：主要处理网络请求，将已完成的网络请求回调函数推进事件触发线程
定时器线程：将已完成待执行的定时器回调函数推进事件触发线程
事件触发线程：存储宏微任务的线程

基本流程

异步队列的执行机制，简单来说

当主执行栈里的任务清空之后，开始读取异步任务队列中的任务
先读取微任务队列中的任务，依次读取执行直至队列清空
然后从宏任务中读取第一个任务执行
从第2步开始重复，直到宏任务队列为空

同步任务 -> 全部微任务 -> UI Rendering -> 宏任务 -> 全部微任务 -> UI Rendering -> 下一个宏任务 -> ...

如果在执行过程中

触发新的宏任务，会将其推进宏任务队列，等待读取
触发新的微任务，会将其推进当前的微任务队列，在本次微任务队列中完成执行 同步任务 -> 全部微任务 -> UI Rendering -> 宏任务（触发新的宏任务和微任务） -> 全部微任务（包含新触发的微任务） -> UI Rendering -> 下一个宏任务（新触发的宏任务被推进宏任务列表等待执行） -> ...
触发新的 UI Rendering，会将其推进下一个 UI Rendering 同步任务 -> 全部微任务 -> UI Rendering（触发新的 RAF） -> 宏任务 -> 全部微任务 -> UI Rendering（包含之前触发的新RAF） -> 下一个宏任务 -> ...

操作触发的浏览器事件回调

// html
<div class="parent" onclick="handleClick()">
    <div class="child" onclick="handleClick()"/>
</div>

// js
function handleClick() {
    Promise.resolve().then(() => console.log('promise then'))
    setTimeout(() => console.log('setTimeout msg'), 0)
}

上面的代码，如果用户点击 child 元素
类似于用宏任务的触发方式，直接注册了 parent 和 child 元素的 click 回调函数
child click -> child promise then -> parent click -> parent promise then -> child setTimeout msg -> parent setTimeout msg

代码触发的浏览器事件回调

同样是上面的代码，如果使用 JS 代码触发事件

document.querySelector('.child').click()

那么和 dispatchEvent 类似，都是一种同步任务的触发方式
把两次的 click 事件都推入主执行栈队列
child click -> parent click -> child promise then -> parent promise then -> child setTimeout msg -> parent setTimeout msg

Node 中的执行机制

与 Web 端 Event loop 依赖浏览器线程一样，Node 端 Event loop 也依赖一位新同学： libuv

libuv 是 Node 的新跨平台抽象层，核心是提供 i/o 的事件循环和异步回调
libuv使用异步，事件驱动的编程方式
libuv的API包含有时间，非阻塞的网络，异步文件操作，子进程等等。
Event Loop就是在libuv中实现的。

6个阶段

Node的 Event loop一共分为6个阶段，会按照顺序反复运行
每当进入某一个阶段的时候，都会从对应的回调队列中取出函数去执行
当队列为空或者执行的回调函数数量到达系统设定的阈值，就会进入下一阶段

每个细节具体如下：

timers: 执行 setTimeout 和 setInterval 中到期的 callback，由 poll 调度进入该阶段
pending: 某些系统操作级别的回调，在这个阶段执行
idle, prepare: 仅在内部使用。
poll: 执行 I/O 回调，在适当的情况下回阻塞在这个阶段。
check: 执行 setImmediate 的回调函数
close: 执行close事件的 callback

timers

timers 阶段会执行 setTimeout 和 setInterval 回调，由 poll 调度进入该阶段
timers 阶段如果触发了新的 setTimeout 和 setInterval，会推入到下一次的 timers 阶段，不会在本次 timers 阶段执行

poll

这一阶段主要处理两件事情

回到 timers 阶段执行回调
执行 I/O 回调

执行逻辑：

Node 10.x 及以前的基本流程

在 Node 10.x 及以前。Event loop 的每个阶段，都是先执行宏任务队列，再执行微任务队列
全部宏任务 -> 全部 nextTick 任务 -> 全部微任务

Node 11.x 及以后的基本流程

Node.js 在升级到 11.x 后，Event Loop 运行原理发生了变化。一个宏任务执行完成就执行微任务队列，和浏览器一致了
宏任务 -> 全部 nextTick 任务 -> 全部微任务 -> 下一个宏任务 -> 全部 nextTick 任务 -> 全部微任务

总结

在 Web 端，Event loop 依赖各个浏览器厂商的实现
除了正常的宏微任务外，还拥有独特的 UI Rendering 和 MutationObserver
依靠浏览器各线程的配合，完成 Event loop 的循环

而在 Node 端，Event loop 依赖 libuv 的实现，同时在 Node 11 版本前后有差异
Node 端拥有 6 个事件阶段，每个阶段都可以进行 Event loop 循环

参考文章

《Tasks, microtasks, queues and schedules》
《一次弄懂Event Loop（彻底解决此类面试问题）》
《面试题：说说事件循环机制(满分答案来了)》