JavaScript 异步、栈、事件循环、任务队列

概览

我们经常会听到引擎和runtime，它们的区别是什么呢？

• 引擎：解释并编译代码，让它变成能交给机器运行的代码（runnable commands）。
• runtime：就是运行环境，它提供一些对外接口供Js调用，以跟外界打交道，比如，浏览器环境、Node.js环境。不同的runtime，会提供不同的接口，比如，在 Node.js 环境中，我们可以通过 require 来引入模块；而在浏览器中，我们有 window、 DOM。

Js引擎是单线程的，如上图中，它负责维护任务队列，并通过 Event Loop 的机制，按顺序把任务放入栈中执行。而图中的异步处理模块，就是 runtime 提供的，拥有和Js引擎互不干扰的线程。接下来，我们会细说图中的：栈和任务队列。

栈

现在，我们要运行下面这段代码：

function bar() {
    console.log(1);
}

function foo() {
    console.log(2);
    far();
}

setTimeout(() => {
    console.log(3)
});

foo();

它在栈中的入栈、出栈过程，如下图：

任务队列

Js 中，有两类任务队列：宏任务队列（macro tasks）和微任务队列（micro tasks）。宏任务队列可以有多个，微任务队列只有一个。那么什么任务，会分到哪个队列呢？

• 宏任务：script（全局任务）, setTimeout, setInterval, setImmediate, I/O, UI rendering.
• 微任务：process.nextTick, Promise, Object.observer, MutationObserver.

浏览器的 Event Loop

浏览器的 Event Loop 遵循的是 HTML5 标准，而 NodeJs 的 Event Loop 遵循的是 libuv。 区别较大，分开讲。

我们上面讲到，当stack空的时候，就会从任务队列中，取任务来执行。浏览器这边，共分3步：

1. 取一个宏任务来执行。执行完毕后，下一步。
2. 取一个微任务来执行，执行完毕后，再取一个微任务来执行。直到微任务队列为空，执行下一步。
3. 更新UI渲染。

Event Loop 会无限循环执行上面3步，这就是Event Loop的主要控制逻辑。其中，第3步（更新UI渲染）会根据浏览器的逻辑，决定要不要马上执行更新。毕竟更新UI成本大，所以，一般都会比较长的时间间隔，执行一次更新。

从执行步骤来看，我们发现微任务，受到了特殊待遇！我们代码开始执行都是从script（全局任务）开始，所以，一旦我们的全局任务（属于宏任务）执行完，就马上执行完整个微任务队列。看个例子：

console.log('script start');

// 微任务
Promise.resolve().then(() => {
    console.log('p 1');
});

// 宏任务
setTimeout(() => {
    console.log('setTimeout');
}, 0);

var s = new Date();
while(new Date() - s < 50); // 阻塞50ms

// 微任务
Promise.resolve().then(() => {
    console.log('p 2');
});

console.log('script ent');


/*** output ***/

// one macro task
script start
script ent

// all micro tasks
p 1
p 2

// one macro task again
setTimeout

上面之所以加50ms的阻塞，是因为 setTimeout 的 delayTime 最少是 4ms. 为了避免认为 setTimeout 是因为4ms的延迟而后面才被执行的，我们加了50ms阻塞。

NodeJs 的 Event Loop

NodeJs 的运行是这样的：

• 初始化 Event Loop
• 执行您的主代码。这里同样，遇到异步处理，就会分配给对应的队列。直到主代码执行完毕。
• 执行主代码中出现的所有微任务：先执行完所有nextTick()，然后在执行其它所有微任务。
• 开始 Event Loop

NodeJs 的 Event Loop 分6个阶段执行：

   ┌───────────────────────────┐
┌─>│           timers          │
│  └─────────────┬─────────────┘
│  ┌─────────────┴─────────────┐
│  │     pending callbacks     │
│  └─────────────┬─────────────┘
│  ┌─────────────┴─────────────┐
│  │       idle, prepare       │
│  └─────────────┬─────────────┘      ┌───────────────┐
│  ┌─────────────┴─────────────┐      │   incoming:   │
│  │           poll            │<─────┤  connections, │
│  └─────────────┬─────────────┘      │   data, etc.  │
│  ┌─────────────┴─────────────┐      └───────────────┘
│  │           check           │
│  └─────────────┬─────────────┘
│  ┌─────────────┴─────────────┐
└──┤      close callbacks      │
   └───────────────────────────┘

以上的6个阶段，具体处理的任务如下：

• timers: 这个阶段执行setTimeout()和setInterval()设定的回调。
• pending callbacks: 上一轮循环中有少数的 I/O callback 会被延迟到这一轮的这一阶段执行。
• idle, prepare: 仅内部使用。
• poll: 执行 I/O callback，在适当的条件下会阻塞在这个阶段
• check: 执行setImmediate()设定的回调。
• close callbacks: 执行比如socket.on('close', ...)的回调。

每个阶段执行完毕后，都会执行所有微任务（先 nextTick，后其它），然后再进入下一个阶段。

Links

• Event loops
• NodeJs 的 Event Loop 官方文档
• 并发模型与事件循环
• Philip Roberts: Help, I’m stuck in an event-loop.
• Promise的队列与setTimeout的队列有何关联？
• JavaScript：彻底理解同步、异步和事件循环(Event Loop)
• 从event loop规范探究javaScript异步及浏览器更新渲染时机
• JavaScript 运行机制详解：再谈Event Loop - 阮一峰的网络日志
• Tasks, microtasks, queues and schedules
• WindowOrWorkerGlobalScope.setTimeout()
• What is the difference between JavaScript Engine and JavaScript Runtime Environment