JS的事件循环到底是什么

KICKR
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一提到JS的事件循环，我们脑海里自然想到单线程、宏任务、微任务，但是在这篇文章里我希望你们可以忘掉之前所有的知识，我将按照最新W3C标准以最简单的方式让你明白到底什么是JS的事件循环。

一、首先，何为进程和线程

可以参考这篇文章。

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。

二、那浏览器有哪些进程和线程

可以参考这篇文章。

最主要的有：

  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。网络进程内部启动多个线程来处理不同的网络任务。

  3. 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，每一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影响。

    该模式未来可能会有变动，可以参见 chrome官方说明文档，截图如下：

    image.png

三、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
  • ……

为什么渲染进程不使用多线程来处理这些事情？

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。

为了利用多核CPU的计算能力，HTML5提出Web Worker标准，允许JavaScript脚本创建多个线程，但是子线程完全受主线程控制，且不得操作DOM。所以，这个新标准并没有改变JavaScript单线程的本质。

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，我应该去处理哪一个呢？
  • ……

渲染主线程想到了一个绝妙的主意来处理这个问题：排队

image.png

消息队列有的地方叫事件队列。

  1. 在最开始的时候，主线程会进入一个无限循环。

    浏览器源码中，对应代码：

    // 注意文件目录和文件名
// message_loop/message_pump_default.cc
void MessagePumpDefault::Run(Delegate* delegate) {
 ...
 for (;;) {
   ...
 }
 ...
}

  2. 第一次循环会检查消息队列中是否有任务存在，有则取出第一个任务执行，执行完后进入下一次循环。

  3. 其他线程（包括其他进程的线程）可以随时向消息队列中添加任务。新任务会添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）。

四、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」。

image.png 渲染主线程承担者极其重要的工作，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。

image.png 使用异步的方式，渲染主线程永不阻塞。

异步具体做法：

当任务发生时，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。

五、JS为何会阻碍渲染

看这段代码：

function delay(duration) {
  var start = Date.now();
  while(Date.now() - start < duration) {}
}

btn.onclick = function () {
  h1.textContent = '新的文本内容';
  delay(3000);
}

你觉得点击按钮后会发生什么？

如果你认为点击按钮后页面 h1 的内容改变了，然后卡住了 3 秒，那你就搞错了。

正确的现象是：页面卡住 3 秒，然后 h1 里的内容发生改变。

为什么？因为按钮点击时，消息队列中多了一个 fn 的任务，主线程去执行 fn，然后运行，但是绘制任务此时在消息队列中排队，因此等 fn 花 3 秒执行后才 h1 的内容发生了改变。（文本内容早就发生了改变，但是 3 秒后才绘制出来）。

六、任务优先级

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：

过去曾说浏览器有宏任务队列和微任务队列，但是这样无法搞定复杂的场景，因此最新解释是，W3C 抛弃宏队列的说法。

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。见这篇文章：html.spec.whatwg.org/multipage/w…

    对应部分的截图为： image.png

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是使用 Promise、MutationObserver 例如：

// 立即把一个函数添加到微队列
Promise.resolve().then(函数)

浏览器还有很多其他的队列，由于和我们开发关系不大，不做考虑。

面试题：阐述一下JS的事件循环

参考答案： 事件循环又叫消息循环，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中即可。

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，每个任务都有不同的类型，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。

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