JavaScript 异步、栈、事件循环、任务队列

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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。

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:
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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()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。

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阅读 15.7k更新于 2018-07-15
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