前端技术专家面试- Event Loop

YSP13
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核心内容：Event Loop设计理念；微任务的作用。

1. 背景

同步I/O、异步I/O

  1. 同步I/O
    • 进程向操作系统发起I/O；操作系统将进程挂起，开始执行I/O操作；等I/O操作完成，操作系统将数据放到进程可以访问的地方，重新激活进程；进程开始继续执行。
    • 特点：在进行I/O操作期间，进程是停止执行的，被I/O操作阻塞了。
  2. 异步I/O
    • 进程注册I/O操作回调，向操作系统发起I/O操作，然后进程继续；操作开始执行I/O操作；等I/O操作完成以后，操作系统在合适的时机让进程从回调函数处开始执行。
    • 特点：进程不会被I/O操作阻塞。

2. Event Loop的目的

JavaScript 主要是单线程的，这降低了并发编程的复杂度。

同时，JavaScript 需要处理各种潜在的耗时操作（如等待用户交互、发起网络请求等）。

为了保持高效性和响应性，JavaScript 采用了异步 I/O 模型。 为了协调 JavaScript 的执行和这些异步操作，需要一个特殊的组件，这就是 Event Loop。JavaScript 负责发起异步操作，而 Event Loop 负责管理这些操作的执行和结果的处理，在适当的时机通知 JavaScript 执行相应的回调函数或解析 Promise。

3. Event Loop的基本模型

  • 维护宏任务队列、微任务队列。
  • 队列接收来自各方提交的任务。
  • 循环执行任务队列中的回调函数。
    • 当空闲的时候，先执行微任务队列里面所有任务，然后执行一个宏任务，循环循环。

4. 微任务的作用

更细粒度的执行控制

5. 浏览器的Event Loop

  1. 宏任务：settimeout的回调，ajax的回调等
  2. 微任务：Promise的回调等、MutationObserver。
    • 更细粒度的执行控制：微任务允许在当前执行上下文结束后立即执行某些操作，而不需要等待整个宏任务队列。
    • 避免不必要的UI更新：在浏览器环境中，UI 更新通常发生在每个宏任务之后。使用微任务可以在 UI 更新之前完成相关操作，potentially 减少不必要的重绘。
    • 保证执行顺序：微任务可以确保某些相关的异步操作按预期顺序执行，而不被其他宏任务打断。
    • 提高响应速度：对于需要快速响应的操作（如 Promise 链），使用微任务可以确保它们在下一个渲染帧之前执行，提供更流畅的用户体验。
    • 优化资源使用：微任务可以更有效地利用每个宏任务周期，在进入下一个宏任务之前处理相关的小任务。
  3. 实现循环的执行流程：
    • 执行任务栈到结束；
    • 检测微任务队列，如果有则全部执行；
    • 检测宏任务队列，执行一个；
    • 如果需要，更新渲染
    • 循环这个过程

6. Node的Event Loop

  1. Node的Event Loop阶段更多，控制更加精细。

  2. 六个主要阶段：

    1. timers：执行 setTimeout 和 setInterval 的回调
    2. pending callbacks：执行延迟到下一个循环迭代的 I/O 回调
    3. idle, prepare：仅系统内部使用
    4. poll：检索新的 I/O 事件；执行 I/O 相关的回调
    5. check：执行 setImmediate() 的回调
    6. close callbacks：执行关闭的回调函数，如 socket.on('close', ...) Event Loop 会不断循环这些阶段，直到没有更多的异步操作需要处理。

  3. 微任务处理：

    • process.nextTick 的回调在每个阶段之间执行，优先级最高
    • Promise 的回调和其他微任务在每个阶段执行完后执行

7. libuv

  1. libuv 提供了 Node.js 事件循环的基础实现，而 Node.js 在此基础上构建了自己的事件循环机制。

  2. Node.js 的事件循环包含了 libuv 的核心功能，但同时也添加了特定于 Node.js 的抽象、阶段和功能。

  3. 核心功能：

    1. 跨平台支持
    2. 事件循环：libuv实现了一个事件驱动的编程模型，核心是其事件循环。
    3. 异步 I/O 操作：文件系统操作、网络操作（TCP, UDP）、DNS 操作。
    4. 线程池：libuv 维护了一个线程池，用于执行不能异步完成的阻塞操作（如某些文件系统操作）。
    5. 信号处理：提供了处理系统信号的机制。
    6. 定时器：实现了高精度的定时器功能。

  4. 工作流程

    • 任务提交：Node.js通过 libuv 的 API 提交异步操作请求。
    • 事件循环处理：libuv 的事件循环不断检查是否有完成的 I/O 操作、定时器到期等事件。
    • 回调执行：当操作完成时，libuv 将相应的回调函数加入到事件循环中，在适当的时机执行。
    • 继续循环：事件循环继续运行，处理新的事件和回调。

  5. 对非阻塞I/O的处理：对于可以非阻塞完成的操作（如网络 I/O），libuv 使用操作系统提供的非阻塞机制（如 epoll、kqueue、IOCP）。

  6. 线程池处理：对于无法异步完成的操作（如某些文件系统操作），libuv 将任务提交到其内部的线程池。

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