一文带你重新认识EventLoop

Klaus0
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前言

大家好，我是Klaus。相信大家在面试的时候，很多人都会被问到一个名为EventLoop的经典面试题。何为经典，就是只有资深前端开发才会研究的问题，如果只是学前端玩一玩，对这个问题呢，都是一知半解，甚至一问三不知。所谓前端，无非三门技术，HTML,CSS,JS。而EventLoop就是JS这门语言的基础，所以要是有人面试前端岗位，面试官肯定优先问问这个问题，如果你回答的好，就可以继续往下谈谈，如果回答的比较浅显，那后面的问题也没有必要问了，因为你在面试官的眼里就是一个业余的水平，由此可见该问题的答案就决定了面试官对你的第一印象，所以希望大家重视起面试时的每一个问题，因为每一个问题都可能决定你是否胜出这场面试。

想要学习JS的事件循环之前呢，首先需要先了解下关于浏览器的一些常识，因为整个页面都是基于浏览器运行的嘛。

浏览器的进程模型

何为进程？

程序运行需要有它自己专属的内存空间，可以把这块内存空间简单的理解为进程

进程.png 每个应用至少有一个进程，进程之间相互独立，即使要通信，也需要双方同意。

何为线程？

有了进程后，就可以运行程序的代码了。

运行代码的「人」称之为「线程」。

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。

线程.png

浏览器有哪些进程和线程？

浏览器是一个多进程多线程的应用程序

浏览器内部工作极其复杂。

为了避免相互影响，为了减少连环崩溃的几率，当启动浏览器后，它会自动启动多个进程。

浏览器进程.png

可以在浏览器的任务管理器中查看当前的所有进程

其中，最主要的进程有：

  1. 浏览器进程

    主要负责界面显示、用户交互、子进程管理等。浏览器进程内部会启动多个线程处理不同的任务。

  2. 网络进程

    负责加载网络资源。网络进程内部会启动多个线程来处理不同的网络任务。

  3. 渲染进程（本文重点讲解的进程）

    渲染进程启动后，会开启一个渲染主线程，主线程负责执行 HTML、CSS、JS 代码。

    默认情况下，浏览器会为每个标签页开启一个新的渲染进程，以保证不同的标签页之间不相互影响。

将来该默认模式可能会有所改变，当你在浏览商城之类的网站时，点击商品会进入一个商品详情页，继续点击购买时会进入一个购物车页面，那么这三个页面会共用一个渲染进程，有兴趣的同道可参见chrome官方说明文档

渲染主线程是如何工作的？

渲染主线程是浏览器中最繁忙的线程，需要它处理的任务包括但不限于：

  • 解析 HTML
  • 解析 CSS
  • 计算样式
  • 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
  • ......

要处理这么多的任务，主线程遇到了一个前所未有的难题：如何调度任务？

比如：

  • 我正在执行一个 JS 函数，执行到一半的时候用户点击了按钮，我该立即去执行点击事件的处理函数吗？
  • 我正在执行一个 JS 函数，执行到一半的时候某个计时器到达了时间，我该立即去执行它的回调吗？
  • 浏览器进程通知我“用户点击了按钮”，与此同时，某个计时器也到达了时间，我应该处理哪一个呢？
  • ......

渲染主线程想出了一个绝妙的主意来处理这个问题：排队

排队.png 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，谷歌浏览器提出的概念，用于表示W3C的EventLoop）

何为异步

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

如果让渲染主线程等待这些任务的时机达到，就会导致主线程长期处于「阻塞」的状态，从而导致浏览器「卡死」

异步.png

渲染主线程承担着极其重要的工作，无论如何都不能阻塞！

因此，浏览器选择异步来解决这个问题

异步1.png 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。

JS为何会阻碍渲染？

先看代码

<h1>Klaus is awesome!</h1>
<button>change</button>
<script>
  var h1 = document.querySelector('h1');
  var btn = document.querySelector('button');

  // 死循环指定的时间
  function delay(duration) {
    var start = Date.now();
    while (Date.now() - start < duration) {}
  }

  btn.onclick = function () {
    h1.textContent = 'Klaus很帅！';
    delay(3000);
  };
</script>

看到这里，如果是对js不太了解的同行，肯定认为页面会先发生变化，之后会静止不动3秒。如果这样想就大错特错了，结合前面讲过的内容，JS自上而下执行的时候，会首先识别到死循环函数，但函数未调用，所以继续向下执行，识别到按钮的点击事件，点击事件的回调函数会被添加到队列里面，当用户点击按钮的事件时，会将队列里的任务提取出来放到主线程执行，而函数内部的第一行代码执行会产生一个新的渲染任务，但此时函数尚未执行完毕，所以新的渲染任务又会回到队列里面继续等待，而函数内部的第二行代码是一个3秒的死循环，所以在3秒过后，队列里的渲染任务会被重新提取到主线程上执行，呈现出的效果就是点击按钮之后，页面会静止3秒，之后重新渲染。但可能会有细心的同行发现，回调函数执行的时间过长了，还是会阻塞后面代码的执行。关于这个问题，在React中有针对这个现象专门提出的react fiber，但本文的重点是阐述js的EventLoop，如果有感兴趣的同行，可以去B站上学习一下。

任务有优先级吗？

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

具体详情请见如下官网

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：

  • 延时队列：用于存放计时器到达后的回调任务，优先级「中」
  • 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」
  • 微队列：用户存放需要最快执行的任务，优先级「最高」

添加任务到微队列的主要方式主要是使用 Promise、MutationObserver

浏览器还有很多其他的队列，由于和我们开发关系不大，不作考虑

总结

所以在了解过上述内容之后，相信各位对EventLoop的理解又更上了一层楼，在本文的最后，我做了一个汇总，仅供大家参考。

首先事件循环又叫做消息循环，是浏览器渲染主线程的工作方式。

在 Chrome 的源码中，它开启一个不会结束的 for 循环，每次循环从消息队列中取出第一个任务执行，而其他线程只需要在合适的时候将任务加入到队列末尾即可。

过去把消息队列简单分为宏队列和微队列，这种说法目前已无法满足复杂的浏览器环境，取而代之的是一种更加灵活多变的处理方式。

根据 W3C 官方的解释，每个任务有不同的类型，同类型的任务必须在同一个队列，不同的任务可以属于不同的队列。不同任务队列有不同的优先级，在一次事件循环中，由浏览器自行决定取哪一个队列的任务。但浏览器必须有一个微队列，微队列的任务一定具有最高的优先级，必须优先调度执行。

最后

感谢大家的支持，码字实在不易，其中如若有错误，望指出，记得点赞关注加收藏哦 ~

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