面试官:“说一下JS的事件循环”

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前言

在说事件循环之前,首先要先捋清事件循环的概念,事件循环并不是单纯指JavaScript这门语言本身拥有事件循环,而是指JavaScript运行在单线程环境中,由环境提供给JS的一种循环机制,这个环境一般是浏览器环境或node环境。JS作为一门编程语言,它的核心语法、数据类型、函数等特性都是由语言本身定义的,但是处理异步操作、事件驱动等功能需要依赖运行环境的支持。换句话说,事件循环是JS运行环境的一部分,而不是JS语言自身的一部分,这是理解事件循环机制的一个关键点。接下来讲的是JS在浏览器环境下的事件循环。

进程和线程

说到浏览器,进程和线程的概念自然避免不了,在上一篇文章中也提到了这个概念(传送门),这里再简单复习一下。

进程是操作系统进行资源分配和调度的基本单位,简单理解就是计算机中正在运行的应用程序就是一个进程,每个进程都有一块专属的内存空间,进程和进程之间是相互独立的。

如果说进程是正在执行的程序,那么线程就是程序的执行器。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。

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,为了避免相互影响,减少连环崩坏的几率,当启动浏览器后,它会自动启动多个进程,其中最主要的进程有:

  • 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。
  • 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。
  • 渲染进程: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。

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,它要处理的任务包括了上文所讲的渲染流水线、执行事件处理函数、执行计时器的回调等等。要处理这么多任务,主线程都是如何调度这些任务的呢?答案是事件循环

在最开始的时候,主线程会进入无限循环,每一次循环都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,执行完毕后进入下一个循环;如果没有,就会进入休眠状态。其他线程可以随时向消息队列中添加任务,新任务会加入到消息队列的末尾。添加新任务时,如果主线程处于休眠状态,则会被唤醒继续循环拿取任务,整个过程,被称之为事件循环(消息循环)image.png

何为异步

代码在执行过程中,会遇到无法立即执行的任务,比如:

  • 定时器:setTimeout、setIntervalv
  • 网络:XHR、Fetch
  • 事件监听:addEventListener

如果要让主线程等待这些任务完成,暂时停止执行后续的代码,就会使主线程处于阻塞状态,从而导致页面卡死。因此,浏览器选择异步来解决这个问题。

当遇到某些不能立即执行的任务,主线程会将这些任务交给其他线程处理,自身立即结束这些任务的处理,转而执行后续的代码。当其他线程完成时,会将事先传递的回调包装成任务,加入到消息队列的末尾,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为何会阻塞渲染

先看代码

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
  <head></head>
  <body>
    <h1>Test</h1>
    <button>change</button>
    <script>
      let h1 = document.querySelector('h1');
      let btn = document.querySelector('button');

      // 指定死循环的时间
      function delay(duration) {
        let start = Date.now();
        while (Date.now() - start < duration) {}
      }

      btn.onclick = function () {
        h1.textContent = '测试';
        delay(2000);
      };
    </script>
  </body>
</html>

效果如下:

test.gif

可以看到,点击change按钮后,等了2秒页面才发生变化,这是因为点击按钮后,这个点击事件的回调会被封装成任务加入到交互队列中,主线程此时并没有任务,因此会将交互队列中的任务取出来并执行。当执行到第18行代码时,因为更改了h1元素的文本,因此又生成了一个重绘任务,加入到消息队列的末尾,因此要执行完delay函数,主线程才会从消息队列中取出重绘任务执行。

image.png

消息队列只存在宏队列和微队列?

先上结论,答案是否定的,事实上随着浏览器的复杂度急剧上升,W3C不再使用宏队列的说法了,只有两种队列的话是不足以满足页面各个复杂的功能的,在目前的Chrome浏览器中,至少包含了一下队列(优先级从高到低依次往下排):

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

我们可以验证一下这个说法,大家看下面代码:

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
  <head>
    <meta charset="UTF-8" />
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge" />
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0" />
    <title>Document</title>
  </head>
  <body>
    <button id="begin">开始</button>
    <button id="interaction">添加交互任务</button>
    <script>
      // 死循环指定的时间
      function delay(duration) {
        var start = Date.now();
        while (Date.now() - start < duration) {}
      }

      function addDelay() {
        console.log('添加延时队列'); 
        setTimeout(() => {
          console.log('延时队列执行'); 
        }, 0);
        delay(2000);
      }

      function addInteraction() {
        console.log('添加交互队列'); 
        interaction.onclick = function () {
          console.log('交互队列执行');
        };
        delay(2000);
      }

      begin.onclick = function () {
        addDelay();
        addInteraction();
        console.log('==========='); 
      };
    </script>
  </body>
</html>

我们来分析一下上述代码,页面上有两个按钮,我们先点击开始按钮,再快速点击添加交互任务按钮,如果按照只有宏队列和微队列的说法,定时器和事件的回调都属于宏任务,定时器的回调优先进入宏队列,应该是先打印'延时队列执行',我们执行操作来看一下到底是不是这样。

image.png

很明显事实上是先打印'交互队列执行',这就说明了点击事件的回调所在的消息队列优先级要高于定时器回调所在的队列,也就印证了上面所说的交互队列的优先级高于延时队列,而不存在宏队列的说法。

当点击开始按钮,再快速点击添加交互任务按钮时,其他线程在完成执行定时器的任务后,会将定时器的回调封装成一个任务加入到延时队列的末尾。当其他线程在监听到interaction按钮被点击时,会将该事件的回调封装成任务并添加到交互队列的末尾。此时需要等待主线程中的任务执行完毕,执行完毕之后主线程将会在事件循环机制的作用下,从交互队列中取出第一个任务进行执行。执行完毕之后就会进入下一个循环,将延时队列中的第一个任务取出并执行,流程如下图所示。

image.png

面试干货

如何理解JS的异步?

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。

阐述一下 JS 的事件循环?

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。

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。