EventLoop 事件循环

思想钢印
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前言

去年面试复习的时候，想巩固一下关于这方面的知识，奈何在各种论坛和知识库都没找到讲的很好的文章。想着以后工作稳定了自己总结一篇，结果一直拖到了现在...（狗头.jpg）。融合一些大佬的知识和自己的见解，大家凑合看看，如有不足，欢迎指正。🤞

什么是 EventLoop?

有些同学可能对 eventloop 这个比较陌生，有时候面试官也会问事件循环原理、js异步的原理等等，其实都是一个意思。

EventLoop，即事件循环。

JS是单线程，它运行在我们浏览器的渲染主线程上，而渲染主线程只有一个。

同步执行可能会造成主线程阻塞，导致消息队列中的很多其他任务无法得到执行，所以浏览器采用异步的方式来避免。具体做法是当某些任务发生时，比如计时器、网络、事件监听，主线程将任务交给其他线程去处理，自身立即结束任务的执行，转而执行后续代码。当其他线程完成时，将事先传递的回调函数包装成任务，加入到消息队列的末尾排队，等待主线程调度执行。

它是一个持续运行的进程，负责监听 执行栈 和 消息队列（message queue），确保代码的执行顺序和异步任务的准确执行。

因为 node 是一个基于 Chrome V8 引擎的 javascript 运行环境，是运行在服务器端的 javascript。要想讲清楚这一套循环原理，我们得先从浏览器开始。

浏览器的进程模型

进程

进程是cpu资源分配的最小单位（是能拥有资源和独立运行的最小单位）。

一个进程就是一个程序的运行实例。详细解释就是，启动一个程序的时候，操作系统会为该程序创建一块内存，用来存放代码、运行中的数据和一个执行任务的主线程，我们把这样的一个运行环境叫进程。线程是依附于进程的，而进程中使用多线程并行处理能提升运算效率。

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我们在任务管理器查看当前运行程序进行对 CPU 的占用率。

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线程

线程是cpu调度的最小单位（线程是建立在进程的基础上的一次程序运行单位，一个进程中可以有多个线程）

进程之间互相独立。线程是不能单独存在的，它是由进程来启动和管理的。

一个进程至少有一个线程，所以在进程开启后会自动创建一个线程来运行代码，该线程称之为主线程。

如果程序需要同时执行多块代码，主线程就会启动更多的线程来执行代码，所以一个进程中可以包含多个线程。

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渲染主线程的工作原理

渲染主线程是浏览器中最繁忙的线程，它要处理很多任务：

  • 解析 html
  • 解析 CSS
  • 样式计算 （computed style）
  • 布局
  • 处理图层
  • 每秒把页面画 60 次
  • 执行全局 JS 代码
  • 执行事件处理函数
  • 执行计时器的回调函数
  • ......

思考题：为什么渲染进程不适用多个线程来处理这些事情？

  1. 竞态条件：多线程处理会导致访问共享内存的竞争条件，可能导致数据不一致和死锁等问题。
  2. 同步问题：多线程需要进行同步，避免数据竞争和死锁，这会增加代码的复杂度和开销。
  3. 安全问题：多线程可能会存在安全漏洞，如数据泄露、内存溢出等问题。
  4. 性能问题：多线程处理可能会导致过多的上下文切换和内存消耗，从而降低程序的性能和稳定性。

渲染主线程是如何排队处理调度任务的：

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  1. 在最开始的时候，渲染主线程会进入一个无限循环
  2. 每一次循环会检查消息队列中是否有任务存在。如果有，就取出第一个任务执行，执行完一个后进入下一次循环；如果没有，则进入休眠状态。
  3. 其他所有线程（包括其他进程的线程）可以随时向消息队列添加任务。新任务会加到消息队列的末尾。在添加新任务时，如果主线程是休眠状态，则会将其唤醒以继续循环拿取任务

这样一来，就可以让每个任务有条不紊的、持续的进行下去了。

整个过程，被称之为事件循环（消息循环）

异步 && 消息队列（Message Queue）

代码在执行过程中，会遇到一些无法立即处理的任务，比如：

  • 计时完成后需要执行的任务 —— setTimeout、setInterval
  • 网络通信完成后需要执行的任务 -- XHR、Fetch
  • 用户操作后需要执行的任务 -- addEventListener

JS是一门单线程的语言，这是因为它运行在浏览器的渲染主线程中，而渲染主线程只有一个。

而渲染主线程承担着诸多的工作，渲染页面、执行 JS 都在其中运行。

如果使用同步的方式，就极有可能导致主线程产生阻塞，从而导致消息队列中的很多其他任务无法得到执行。这样一来，一方面会导致繁忙的主线程白白的消耗时间，另一方面导致页面无法及时更新，给用户造成卡死现象。

所以浏览器采用异步的方式来避免。具体做法是当某些任务发生时，比如计时器、网络、事件监听，主线程将任务交给其他线程去处理，自身立即结束任务的执行，转而执行后续代码。当其他线程完成时，将事先传递的回调函数包装成任务，加入到消息队列的末尾排队，等待主线程调度执行。

在这种异步模式下，浏览器永不阻塞，从而最大限度的保证了单线程的流畅运行。

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任务的优先级

任务没有优先级，在消息队列中先进先出

但消息队列是有优先级的

根据 W3C 的最新解释:

  • 每个任务都有一个任务类型，同一个类型的任务必须在一个队列，不同类型的任务可以分属于不同的队列。 在一次事件循环中，浏览器可以根据实际情况从不同的队列中取出任务执行。
  • 浏览器必须准备好一个微队列，微队列中的任务优先所有其他任务执行 html.spec.whatwg.org/multipage/w…

随着浏览器的复杂度急剧提升，W3C 不再使用宏队列的说法

在目前 chrome 的实现中，至少包含了下面的队列：

  • 微队列：用户存放需要最快执行的任务，优先级「最高」

    • Promise.then
    • Object.observe
    • MutationObserver
    • process.nextTick(Node.js 环境)

  • 交互队列：用于存放用户操作后产生的事件处理任务，优先级「高」

    • I/O
    • UI交互事件
    • addEventListener

  • 延时队列：用于存放计时器到达后的回调任务，优先级「中」

    • setTimeout
    • setInterval

面试题：JS 中的计时器能做到精确计时吗？为什么？

不行，因为：

  1. 计算机硬件没有原子钟，无法做到精确计时
  2. 操作系统的计时函数本身就有少量偏差，由于 JS 的计时器最终调用的是操作系统的函数，也就携带了这些偏差
  3. 按照 W3C 的标准，浏览器实现计时器时，如果嵌套层级超过 5 层，则会带有 4 毫秒的最少时间，这样在计时时间少于 4 毫秒时又带来了偏差
  4. 受事件循环的影响，计时器的回调函数只能在主线程空闲时运行，因此又带来了偏差

最后

我们平时面试也有很多关于事件循环的笔试题，打印输出顺序的结果。

当我们了解渲染主线程、异步、消息队列以及任务优先级之后，做这种题就小菜一碟了。

祝各位同仁都能拿到自己满意的offer! 🌼🌼

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