javascript的执行机制—Event Loop

Posted 2020-11-19 yuliangbin

既然今天要谈的是javascript的事件循环机制，要理解事件循环，首先要知道事件循环是什么。

我们先从一个例子来看一下javascript的执行顺序。

<script>
    setTimeout(function() {
        console.log(‘定时器开始了.‘);
    },0)
    
    new Promise(function(resolve) {
        console.log(‘马上执行for循环了‘);
        for (let i = 0; i < 10000; i++) {
            i == 99 && resolve();
        }
    }).then(function() {
        console.log(‘执行then函数了‘);
    })
    
    console.log(‘代码执行结束‘);
    //执行结果为:
    //马上执行for循环了
    //代码执行结束
    //执行then函数了
    //定时器开始了.
</script>

怎么样，是不是和自己在心里运行的结果差了一万八千里呢。如果是的话，请耐心看完后面的内容，让你彻底弄明白javascript的事件循环机制。

单线程的javascript

要想了解事件循环的我们就得从javascript的工作原理开始说起。

javascript语言的一大特点就是单线程，可是为什么javascript不做成多线程呢？

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？

任务队列

我们说单线程就意味着所有的任务必须排队。就类似于银行只有一个窗口，前一个任务执行结束后，后一个任务才能执行。如果新执行的任务耗时很长，那么后一个任务就不得不一直等着。

这样就又出现了一个问题，在进行浏览器的操作时，我们常常会通过ajax向后台发送请求，然而js必须等到浏览器接收到响应内容后才会继续往下执行，如果这段时间是10s，那么页面必须停在这里10s。这不仅会影响用户体验，也会降低CPU的利用率，显然不是我们想要的。

于是，聪明的程序员小哥哥就把任务分成了两类

• 同步任务
• 异步任务

同步任务指的是，在主线程上排队执行的任务，只有前一个任务执行完毕，才能执行后一个任务；

异步任务指的是，不进入主线程、而进入"任务队列"（task queue）的任务，只有"任务队列"通知主线程，某个异步任务可以执行了，该任务才会进入主线程执行，通常来说拥有callback回调函数的任务就是异步任务。

同步任务和异步任务的执行过程大致可以简化成如下的导图所示。

 

 

• 同步和异步任务分别进入不同的执行"场所"，同步的进入主线程，异步的进入Event Table并注册函数。
• 当指定的事情完成时，Event Table会将这个函数移入Event Queue。
• 主线程内的任务执行完毕为空，会去Event Queue读取对应的函数，进入主线程执行。
• 上述过程会不断重复，也就是常说的Event Loop(事件循环)。

为了便于理解事件循环，我们来看一段代码。

<script>
    console.log(1);
    setTimeout(function task() { 
　　　　console.log(‘定时器执行了.‘); 
　　},1000); 
　　console.log(2); </script>

• js代码从上往下依次执行，
• 遇到console.log(1),执行并打印出来。.
• 遇到异步任务setTimeout，task进入Event Table并注册，计时开始。
• 遇到console.log(2)，执行并打印出来。
• 主线程执行完毕，开始查询任务队列有没有等待执行的回调函数。
• 一秒钟到后，timeout计时事件完成，task进入Event Queue。
• 主线程发现任务队列有等待执行的函数task，将task调进进入主线程执行。

我们不禁要问了，那怎么知道主线程执行栈为空啊？js引擎存在monitoring process进程，会持续不断的检查主线程执行栈是否为空，一旦为空，就会去Event Queue那里检查是否有等待被调用的函数。

macrotask 与 microtask

其实除了广义的同步任务和异步任务的划分，异步任务还可以细分为宏任务（macrotask） 与微任务（ microtask）。不同的异步任务类型会进入不同的Event Queue。

宏任务： 需要多次事件循环才能执行完，事件队列中的每一个事件都是一个宏任务。每次事件循环都会调入一个宏任务，浏览器为了能够使得js内部宏任务与DOM任务有序的执行，会在一个宏任务执行结束后，在下一个宏执行开始前，对页面进行重新渲染 （task->渲染->task->…）。例如鼠标点击会触发一个事件回调，需要执行一个宏任务，然后解析html。setTimeout的作用是等待给定的时间后为它的回调产生一个新的宏任务。

微任务： 微任务是一次性执行完的。微任务通常来说是需要在当前task执行结束后立即执行的任务，例如对一些动作做出反馈或者异步执行任务又不需要分配一个新的task，这样便可以提高一些性能。只要执行栈中没有其他的js代码正在执行了，而且当前调入的宏任务都执行完了，微任务队列会立即执行。如果在微任务执行期间微任务队列加入了新的微任务，会将新的微任务加入队列尾部，之后也会被执行。

简单理解，宏任务在下一轮事件循环执行，微任务在本轮事件循环的所有任务结束后执行。

• 宏任务主要包括了：setTimeout、setInterval、setImmediate、I/O、各种事件（比如鼠标单击事件）的回调函数
• 优先级：主代码块 > setImmediate > MessageChannel > setTimeout / setInterval
• 微任务主要包括了：process.nextTick、Promise、MutationObserver
• 优先级：process.nextTick > Promise > MutationObserver

据whatwg规范介绍：

• 一个事件循环(event loop)会有一个或多个任务队列(task queue)
• 每一个 event loop 都有一个 microtask queue
• task queue == macrotask queue != microtask queue
• 一个任务 task 可以放入 macrotask queue 也可以放入 microtask queue 中
• 调用栈清空(只剩全局)，然后执行所有的microtask。当所有可执行的microtask执行完毕之后。循环再次从macrotask开始，找到其中一个宏任务执行完毕，如果这个宏任务中可能包含宏任务或微任务，会将宏任务添加到事件队列中，然后再执行所有的microtask，这样一直循环下去。

宏任务、微任务执行流程图如下所示。

这时，我们再来看一下文章开头给的一段代码。

<script>
    setTimeout(function() {
        console.log(‘定时器开始了.‘);
    },0)
    
    new Promise(function(resolve) {
        console.log(‘马上执行for循环了‘);
        for (let i = 0; i < 10000; i++) {
            i == 99 && resolve();
        }
    }).then(function() {
        console.log(‘执行then函数了‘);
    })
    
    console.log(‘代码执行结束‘);
    //执行结果为:
    //马上执行for循环了
    //代码执行结束
    //执行then函数了
    //定时器开始了.
</script>

执行步骤如下所示。

• 当页面首次加载时，<script>标签内的代码段作为一个宏任务进入主线程，依次向下执行。
• 遇到setTimeout将回调函数注册后压入宏任务的事件队列。
• 遇到new Promise立即执行，输出‘马上执行for循环了‘。将then函数压入到微任务队列。
• 遇到console.log(‘代码执行结束‘)，执行代码。输出"代码执行结束了"。
• 主线程执行完后，先检查微任务队列中有没有待执行的任务，发现then函数在微任务队列里，将其取出到主线程执行，输出"执行then函数了"。
• 开始下一轮事件循环，从红任务队列中取出setTimeout事件的回调函数，执行。输出“定时器开始了”。
• 结束。

总结

javascript是一门单线程的语言，事件循环是js异步编程的一种方法。也是js的执行机制。当浏览器中的网页刚刚载入的时候，<script>里的代码会作为第一个宏任务被压入栈执行，同步代码执行完后，如果有微任务就执行微任务，没有微任务就执行下一个宏任务。如此往复循环，直至所有任务都执行完毕。

参考文章

JavaScript 运行机制详解：再谈Event Loop

浏览器内的事件队列

这一次，彻底弄懂 JavaScript 执行机制