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js Event Loop(事件循环)知多少

前言

本文的目的就是想彻底弄懂javascript的事件循环机制,如果读完本文还不懂,可以揍我。

不论你是javascript新手还是老鸟,还是日常开发工作,我们经常会遇到这样的情况:给定的几行代码,我们需要知道其输出内容和顺序。因为javascript是一门单线程语言,所以我们可以得出结论:

javascript是按照语句出现的顺序执行的
复制代码

看到这里你可能想要打人了:我难道不知道js是一行一行执行的?还用你说?稍安勿躁,正因为js是一行一行执行的,所以我们以为js都是这样的:

let a = '1';
console.log(a);

let b = '2';
console.log(b);
复制代码

image.png

然而实际上js是这样的:

setTimeout(function(){
    console.log('定时器开始啦')
});

new Promise(function(resolve){
    console.log('马上执行for循环啦');
    for(var i = 0; i < 10000; i++){
        i == 99 && resolve();
    }
}).then(function(){
    console.log('执行then函数啦')
});

console.log('代码执行结束');
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image.png

依照js是按照语句出现的顺序执行这个理念,我自信的写下输出结果:

// "定时器开始啦"
// "马上执行for循环啦"
// "执行then函数啦"
// "代码执行结束"
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去chrome浏览器上验证下,结果完全不对,瞬间懵了,说好的一行一行执行的呢?

image.png

js 事件循环

js是单线程,那就像只有一个窗口的银行,客户需要排队一个一个办理业务,同理js任务也要一个一个顺序执行。如果一个任务耗时过长,那么后一个任务也必须等着。那么问题来了,假如我们想浏览新闻,但是新闻包含的超清图片加载很慢,难道我们的网页要一直卡着直到图片完全显示出来?肯定不能这样,因此聪明的程序员将任务分为两类:

  • 同步任务
  • 异步任务

当我们打开网站时,网页的渲染过程就是一大堆同步任务,比如页面骨架和页面元素的渲染。而像加载图片音乐之类占用资源大耗时久的任务,就是异步任务。我们用导图来说明:

image.png
导图要表达的内容用文字来表述的话:

  • 同步和异步任务分别进入不同的执行"场所",同步的进入主线程,异步的进入Event Table并注册函数。
  • 当指定的事情完成时,Event Table会将这个函数移入Event Queue(事件队列)。
  • 主线程内的任务执行完毕为空,会去Event Queue读取对应的函数,进入主线程执行。
  • 上述过程会不断重复,也就是常说的Event Loop(事件循环)。

说了这么多文字,不如直接一段代码更直白:

let data = [];
$.ajax({
    url:www.javascript.com,
    data:data,
    success:() => {
        console.log('发送成功!');
    }
})
console.log('代码执行结束');
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  • 上面是一段简易的ajax请求代码:
  • ajax进入Event Table,并且注册回调函数success。
  • 执行console.log('代码执行结束')。打印出代码执行结束
  • ajax事件完成,回调函数success进入Event Queue。
  • 主线程从Event Queue读取回调函数success并执行。打印出发送成功

相信通过上面的文字和代码,你已经对js的执行顺序有了初步了解。接下来我们来研究进阶话题:setTimeout。

又爱又恨的setTimeout

大名鼎鼎的setTimeout无需再多言,大家对他的第一印象就是异步可以延时执行,我们经常这么实现延时3秒执行:

setTimeout(() => {
    console.log('延时3秒');
},3000)
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渐渐的setTimeout用的地方多了,问题也出现了,有时候明明写的延时3秒,实际却5,6秒才执行函数,这又咋回事啊?

先看一个例子:

setTimeout(() => {
    task();
},3000)
console.log('执行console');
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根据前面我们的结论,setTimeout是异步的,应该先执行console.log这个同步任务,所以我们的结论是:

//执行console
//task()
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去验证一下,结果正确! 然后我们修改一下前面的代码:

setTimeout(() => {
   task()
},3000)

sleep(10000000) // 假设执行时间远远超过了3秒
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乍一看其实差不多嘛,但我们把这段代码在chrome执行一下,却发现控制台执行task()需要的时间远远超过3秒,说好的延时三秒,为啥现在需要这么长时间啊?

这时候我们需要重新理解setTimeout的定义。我们先说上述代码是怎么执行的:

  • task()进入Event Table并注册回调函数,计时开始。
  • 执行sleep函数,很慢,非常慢,计时仍在继续。
  • 3秒到了,计时事件timeout完成,task()进入Event Queue,但是sleep也太慢了吧,还没执行完,只好等着。
  • sleep终于执行完了,task()终于从Event Queue进入了主线程执行。

上述的流程走完,我们知道setTimeout这个函数,是经过指定时间后,把要执行的任务(本例中为task())加入到Event Queue中,又因为是单线程任务要一个一个执行,如果前面的任务需要的时间太久,那么只能等着,导致真正的延迟时间远远大于3秒。

我们还经常遇到setTimeout(fn,0)这样的代码,0秒后执行又是什么意思呢?是不是可以立即执行呢? 答案是不会的,setTimeout(fn,0)的含义是,指定某个任务在主线程最早可得的空闲时间执行,意思就是不用再等多少秒了,只要主线程执行栈内的同步任务全部执行完成,栈为空就马上执行。举例说明:

//代码1
console.log('先执行这里');
setTimeout(() => {
    console.log('执行啦')
},0);

//先执行这里
//执行啦
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//代码2
console.log('先执行这里');
setTimeout(() => {
    console.log('执行啦')
},3000);  

//先执行这里
// ... 3s later
// 执行啦
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关于setTimeout要补充的是,即便主线程为空,0毫秒实际上也是达不到的。根据HTML的标准,最低是4毫秒。

又恨又爱的setInterval

上面说完了setTimeout,当然不能错过它的孪生兄弟setInterval。他俩差不多,只不过后者是循环的执行。对于执行顺序来说,setInterval会每隔指定的时间将注册的函数置入Event Queue,如果前面的任务耗时太久,那么同样需要等待。 唯一需要注意的一点是,对于setInterval(fn,ms)来说,我们已经知道不是每过ms秒会执行一次fn,而是每过ms秒,会有fn进入Event Queue。一旦setInterval的回调函数fn执行时间超过了延迟时间ms,那么就完全看不出来有时间间隔了。这句话请读者仔细品味。

Promise

传统的定时器我们已经研究过了,接着我们探究Promise的表现。Promise的定义和功能本文不再赘述,不了解的可以学习一下阮一峰老师的Promise。 我们进入正题,除了广义的同步任务和异步任务,我们对任务还有更精细的定义:

macro-task(宏任务):包括整体代码script,setTimeout,setInterval

micro-task(微任务):promise.then,catch,finally

不同类型的任务会进入对应的Event Queue,比如setTimeout和setInterval会进入相同的Event Queue。

一句话理解:一次事件循环回来后,开始去执行任务队列中的任务,但是这里的任务有优先级。所以优先执行微任务队列中的任务,执行完后在执行宏任务中的任务。

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

new Promise(function(resolve) {
    console.log('promise');
    resolve();
}).then(function() {
    console.log('then');
})

console.log('console');

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  • 这段代码作为宏任务,进入主线程。
  • 先遇到setTimeout,那么将其回调函数注册后分发到宏任务Event Queue。
  • 接下来遇到了Promise,new Promise立即执行,then函数分发到微任务Event Queue。
  • 遇到console.log(),立即执行。
  • 好啦,整体代码script作为第一个宏任务执行结束,看看有哪些微任务?我们发现了then在微任务Event Queue里面,执行。
  • ok,第一轮事件循环结束了,我们开始第二轮循环,当然要从宏任务Event Queue开始。我们发现了宏任务Event Queue中setTimeout对应的回调函数,立即执行。
  • 结束。

执行结果为

// promise
// console
// then
// setTimeout
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image.png

测试题

我们来分析以下2个例子,看看你是否真的掌握了js的执行机制:

例子1

console.log('1');
setTimeout(function () {
    console.log('2');
    new Promise(function (resolve) {
        console.log('4');
        resolve();
    }).then(function () {
        console.log('5')
    })
},0)
new Promise(function (resolve) {
    console.log('7');
    resolve();
}).then(function () {
    console.log('8')
})
setTimeout(function () {
    console.log('9');
    new Promise(function (resolve) {
        console.log('11');
        resolve();
    }).then(function () {
        console.log('12')
    })
},0)
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第一次事件循环:

  1. 整体代码作为第一个宏任务进入主线程,遇到console.log,输出1。
  2. 遇到setTimeout,其回调函数被分发到宏任务Event Queue中。我们暂且记为setTimeout1。
  3. 遇到Promise,new Promise直接执行,输出7。then被分发到微任务Event Queue中。我们记为then1。
  4. 又遇到了setTimeout,其回调函数被分发到宏任务Event Queue中,我们记为setTimeout2。
宏任务Event Queue微任务Event Queue
setTimeout1then1
setTimeout2

上表是第一轮事件循环宏任务结束时各Event Queue的情况,此时已经输出了1和7。 我们发现了then1这个微任务。 执行then1,输出8。 第一轮事件循环正式结束,这一轮的结果是输出1,7,8。

第二次事件循环:

那么第二轮时间循环从setTimeout1宏任务开始: 首先输出2,new Promise立即执行输出4,then也分发到微任务Event Queue中,记为then2。

宏任务Event Queue微任务Event Queue
setTimeout2then2

第二轮事件循环宏任务结束,我们发现有then2这个微任务可以执行。输出5。 第二轮事件循环结束,第二轮输出2,4,5。

第三次事件循环:
此时只剩setTimeout2了,执行。 直接输出9。直接执行new Promise,输出11。将then分发到微任务Event Queue中,记为then3。第三轮事件循环宏任务执行结束,执行微任务then3。输出12。 第三轮事件循环结束,第三轮输出9,11,12。

所以最后的答案为: 1, 7 ,8 ,2 ,4 ,5 ,9,11, 12

例子2

  Promise.resolve().then(() => {
     console.log('Promise1')
     setTimeout(function(){
       console.log("setTimeout1")
     },10)
  })
  setTimeout(() => {
     console.log('setTimeout2')
     Promise.resolve().then(() => {
       console.log('Promise2')
     })
  }, 10)
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第一次事件循环
整体代码作为第一个宏任务进入主线程
遇到Promise,then被分发到微任务Event Queue中。我们记为then1。
遇到setTimeout,其回调函数被分发到宏任务Event Queue中。我们暂且记为setTimeout1。

这时的任务为:

宏任务Event Queue微任务Event Queue
setTimeout1then1

第一个宏任务执行完成,开始查找微任务.发现存在then1,执行then1这个微任务,打印出Promise1,遇到这个微任务里面的setTimeout,将其回调函数被分发到宏任务Event Queue中.我们暂且记setTimeout2。然后第一次事件循环到此结束。

第二次事件循环:

此时的任务为

宏任务Event Queue微任务Event Queue
setTimeout1
setTimeout2

执行setTimeout1这个宏任务打印出setTimeout2,然后遇到Promise,将其then被分发到微任务Event Queue中。我们记为then2。setTimeout1宏任务执行完成,开始查找微任务,发现then2,执行then2,打印出Promise2.第二次事件循环结束

第三次事件循环:
只有一个setTimeout2宏任务了 直接执行,打印setTimeout1.

所以最终打印的顺序为:
Promise1,setTimeout2,Promise2,setTimeout1

写在最后

  1. javascript是一门单线程语言
  2. Event Loop是javascript的执行机制。

牢牢把握两个基本点,以认真学习javascript为中心,早日实现成为前端高手的伟大梦想!

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FAQ:

为什么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。

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