前端静径

你不得不知的Event Loop

前言

众所周知,JavaScript是一门单线程语言,虽然在html5中提出了Web-Worker,但这并未改变JavaScript是单线程这一核心。可看HTML规范中的这段话:

To coordinate events, user interaction, scripts, rendering, networking, and so forth, user agents must use event loops as described in this section. There are two kinds of event loops: those for browsing contexts, and those for workers.

为了协调事件、用户交互、脚本、UI 渲染和网络处理等行为,用户引擎必须使用event loops。Event Loop包含两类:一类是基于Browsing Context,一种是基于Worker,二者是独立运行的。
下面本文用一个例子,着重讲解下基于Browsing Context的事件循环机制。

来看下面这段JavaScript代码:

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console.log('script start');
setTimeout(function() {
console.log('setTimeout');
}, 0);
Promise.resolve().then(function() {
console.log('promise1');
}).then(function() {
console.log('promise2');
});
console.log('script end');

先猜测一下这段代码的输出顺序是什么,再去浏览器控制台输入一下,看看实际输出的顺序和你猜测出的顺序是否一致,如果一致,那就说明,你对JavaScript的事件循环机制还是有一定了解的,继续往下看可以巩固下你的知识;而如果实际输出的顺序和你的猜测不一致,那么本文下面的部分会为你答疑解惑。

任务队列

所有的任务可以分为同步任务和异步任务,同步任务,顾名思义,就是立即执行的任务,同步任务一般会直接进入到主线程中执行;而异步任务,就是异步执行的任务,比如ajax网络请求,setTimeout定时函数等都属于异步任务,异步任务会通过任务队列(Event Queue)的机制来进行协调。具体的可以用下面的图来大致说明一下:

alt Event Queue示意图

同步和异步任务分别进入不同的执行环境,同步的进入主线程,即主执行栈,异步的进入Event Queue。主线程内的任务执行完毕为空,会去Event Queue读取对应的任务,推入主线程执行。
上述过程的不断重复就是我们说的Event Loop(事件循环)。

在事件循环中,每进行一次循环操作称为tick,通过阅读规范可知,每一次tick的任务处理模型是比较复杂的,其关键的步骤可以总结如下:

  1. 在此次tick中选择最先进入队列的任务(oldest task),如果有则执行(一次)
  2. 检查是否存在Microtasks,如果存在则不停地执行,直至清空Microtask Queue
  3. 更新render
  4. 主线程重复执行上述步骤

可以用一张图来说明下流程:
alt Event Queue示意图

这里相信有人会想问,什么是microtasks?规范中规定,task分为两大类, 分别是Macro Task (宏任务)和Micro Task(微任务), 并且每个宏任务结束后, 都要清空所有的微任务,这里的Macro Task也是我们常说的task,有些文章并没有对其做区分,后面文章中所提及的task皆看做宏任务(macro task)。

(macro)task主要包含:script(整体代码)、setTimeout、setInterval、I/O、UI交互事件、setImmediate(Node.js 环境)

microtask主要包含:Promise、MutaionObserver、process.nextTick(Node.js 环境)

setTimeout/Promise等API便是任务源,而进入任务队列的是由他们指定的具体执行任务。来自不同任务源的任务会进入到不同的任务队列。其中setTimeout与setInterval是同源的。

分析示例代码

千言万语,不如就着例子讲来的清楚。下面我们可以按照规范,一步步执行解析下上面的例子,先贴一下例子代码(免得你往上翻)。

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console.log('script start');
setTimeout(function() {
console.log('setTimeout');
}, 0);
Promise.resolve().then(function() {
console.log('promise1');
}).then(function() {
console.log('promise2');
});
console.log('script end');
  1. 整体script作为第一个宏任务进入主线程,遇到console.log,输出script start
  2. 遇到setTimeout,其回调函数被分发到宏任务Event Queue中
  3. 遇到Promise,其then函数被分到到微任务Event Queue中,记为then1,之后又遇到了then函数,将其分到微任务Event Queue中,记为then2
  4. 遇到console.log,输出script end

至此,Event Queue中存在三个任务,如下表:

宏任务 微任务
setTimeout then1
then2
  1. 执行微任务,首先执行then1,输出promise1,然后执行then2,输出promise2,这样就清空了所有微任务
  2. 执行setTimeout任务,输出setTimeout
    至此,输出的顺序是:script start, script end, promise1, promise2, setTimeout

so,你猜对了吗?

看看你掌握了没

再来一个题目,来做个练习:

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console.log('script start');
setTimeout(function() {
console.log('timeout1');
}, 10);
new Promise(resolve => {
console.log('promise1');
resolve();
setTimeout(() => console.log('timeout2'), 10);
}).then(function() {
console.log('then1')
})
console.log('script end');

这个题目就稍微有点复杂了,我们再分析下:

首先,事件循环从宏任务(macrotask)队列开始,最初始,宏任务队列中,只有一个script(整体代码)任务;当遇到任务源(task source)时,则会先分发任务到对应的任务队列中去。所以,就和上面例子类似,首先遇到了console.log,输出script start
接着往下走,遇到setTimeout任务源,将其分发到任务队列中去,记为timeout1;
接着遇到promise,new promise中的代码立即执行,输出promise1,然后执行resolve,遇到setTimeout,将其分发到任务队列中去,记为timemout2,将其then分发到微任务队列中去,记为then1;
接着遇到console.log代码,直接输出script end
接着检查微任务队列,发现有个then1微任务,执行,输出then1
再检查微任务队列,发现已经清空,则开始检查宏任务队列,执行timeout1,输出timeout1
接着执行timeout2,输出timeout2
至此,所有的都队列都已清空,执行完毕。其输出的顺序依次是:script start, promise1, script end, then1, timeout1, timeout2

用流程图看更清晰:

alt Event Queue示意图

总结

有个小tip:从规范来看,microtask优先于task执行,所以如果有需要优先执行的逻辑,放入microtask队列会比task更早的被执行。

最后的最后,记住,JavaScript是一门单线程语言。

参考文献

这一次,彻底弄懂 JavaScript 执行机制
Tasks, microtasks, queues and schedules
从一道题浅说 JavaScript 的事件循环