Javascript事件循环机制以及渲染引擎何时渲染UI

JavaScript的一大特点就是单线程，而这个线程中拥有唯一的一个事件循环。

事件循环基本概念

• JavaScript代码的执行过程中，除了依靠函数调用栈来搞定函数的执行顺序外，还依靠任务队列(task queue)来搞定另外一些代码的执行。
• 一个线程中，事件循环是唯一的，但是任务队列可以拥有多个。
• 任务队列又分为macro-task（宏任务）与micro-task（微任务），在最新标准中，它们被分别称为task与jobs。
• macro-task大概包括：script(整体代码), setTimeout, setInterval, setImmediate, I/O, UI rendering。
• micro-task大概包括: process.nextTick, Promise, Object.observe(已废弃), MutationObserver(html5新特性)
• setTimeout/Promise等我们称之为任务源。而进入任务队列的是他们指定的具体执行任务。

// setTimeout中的回调函数才是进入任务队列的任务
setTimeout(function() {
    console.log('xxxx');
})
// 非常多的同学对于setTimeout的理解存在偏差。所以大概说一下误解：
// setTimeout作为一个任务分发器，这个函数会立即执行，而它所要分发的任务，也就是它的第一个参数，才是延迟执行

• 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。
• 其中每一个任务的执行，无论是macro-task还是micro-task，都是借助函数调用栈来完成。

事件循环执行循序

事件循环的顺序，决定了JavaScript代码的执行顺序。它从script(整体代码)开始第一次循环。之后全局上下文进入函数调用栈。直到调用栈清空(只剩全局)，然后执行所有的micro-task。当所有可执行的micro-task执行完毕之后，本轮循环结束。下一轮循环再次从macro-task开始，找到其中一个任务队列执行完毕，然后再执行所有的micro-task，这样一直循环下去。

当我们在执行setTimeout任务中遇到setTimeout时，它仍然会将对应的任务分发到setTimeout队列中去，但是该任务就得等到下一轮事件循环执行。

那么整个事件循环中何时进行ui render呢？

<div id="div">
    begin
</div>

setTimeout(function() {
    // 应该是这里执行前开始渲染ui，试试用alert阻塞下。
    alert(' ui 已经渲染完毕了吗？ ');
    console.log('timeout1');
})

new Promise(function(resolve) {
    console.log('promise1');
    for(var i = 0; i < 1000; i++) {
        i == 99 && resolve();
    }
    console.log('promise2');
}).then(function() {
    console.log('then1');
    alert(' ui 开始渲染 ');
})

console.log('global1');

div.innerHTML = 'end';

上述代码中修改了div的内容，那么在执行那句js代码之后渲染引擎开始修改div的内容呢？

根据HTML Standard，一轮事件循环执行结束之后，下轮事件循环执行之前开始进行UI render。即：macro-task任务执行完毕，接着执行完所有的micro-task任务后，此时本轮循环结束，开始执行UI render。UI render完毕之后接着下一轮循环。

在chrome浏览器中执行以上代码，控制台先输出promise1,promise2,global1,then1(micro-task任务输出)，弹出'ui 开始渲染'警告框，点击确定之后，页面中的'begin'变为'end'，再弹出警告框'ui 已经渲染完毕了吗？' ，点击确认之后再输入timeout1.

再来一个稍微复杂一点的例子

<div class="outer" style="width:200px;height:200px;background-color: #ccc">
    1
    <div class="inner" style="width:100px;height:100px;background-color: #ddd">begin</div>
</div>

// Let's get hold of those elements
var outer = document.querySelector('.outer');
var inner = document.querySelector('.inner');

var i = 0;

// Let's listen for attribute changes on the
// outer element
new MutationObserver(function() {
    console.log('mutate');
}).observe(outer, {
    attributes: true
});

// Here's a click listener…
function onClick() {
    i++;

    if(i === 1) {
        inner.innerHTML = 'end';
    }

    console.log('click');

    setTimeout(function() {
        alert('锚点');
        console.log('timeout');
    }, 0);

    Promise.resolve().then(function() {
        console.log('promise');
    });


    outer.setAttribute('data-random', Math.random());
}

// …which we'll attach to both elements
inner.addEventListener('click', onClick);
outer.addEventListener('click', onClick);

当我们点击 inner div 时程序依次的执行顺序是：

1. onclick 入 JS stack
2. 打印出 click
3. 将 timeout 压入到 macrotask
4. 将 promise 压入到 microtask
5. 修改 outer 属性 data-random
6. 将 mutate 压入到 microtask，
7. onclick 出 JS stack

此时，由于用户点击事件onclick产生的macrotask执行完毕，JS stack 清空，开始执行microtask.

1. promise 入 JS stack
2. 打印出 promise
3. promise 出 JS stack
4. mutate 入 JS stack
5. 打印出 mutate
6. mutate 出 JS stack

此时，microtask 执行完毕，JS stack 清空，但是由于事件冒泡，接着执行outer上的onclick事件.

1. onclick 入 JS stack
2. 打印出 click
3. 将 timeout 压入到 macrotask
4. 将 promise 压入到 microtask
5. 修改 outer 属性 data-random
6. 将 mutate 压入到 microtask，
7. onclick 出 JS stack

此时，由于outer上的onclick事件产生的macrotask执行完毕，JS stack 清空，开始执行microtask.

1. promise 入 JS stack
2. 打印出 promise
3. promise 出 JS stack
4. mutate 入 JS stack
5. 打印出 mutate
6. mutate 出 JS stack

此时，本轮事件循环结束，UI 开始 render.

1. 页面中inner的innerHTML变为end

此时，UI render 完毕，开始下一轮事件循环.

1. timeout 入 JS stack
2. 弹出警告 锚点.
3. 打印出 timeout
4. timeout 出 JS stack
5. timeout 入 JS stack
6. 弹出警告 锚点.
7. 打印出 timeout
8. timeout 出 JS stack

到此为止，整个事件执行完毕，我们可以看到在弹出警告框之前inner的内容已经改变。

那如果不是用户点击事件触发onclick，而是js触发呢？

inner.addEventListener('click', onClick);
outer.addEventListener('click', onClick);
inner.click();

此时的执行顺序是：

1. 首先是script(整体代码)入 JS stack
2. onclick 入 JS stack
3. 打印出 click
4. 将 timeout 压入到 macrotask
5. 将 promise 压入到 microtask
6. 修改 outer 属性 data-random
7. 将 mutate 压入到 microtask，
8. onclick 出 JS stack

此时，inner 的 onclick 已经出 JS stack，但是script(整体代码)还没有出 JS stack，还不能执行microtask，由于冒泡，接着执行 outer 的 onclick.

1. onclick 入 JS stack
2. 打印出 click
3. 将 timeout 压入到 macrotask
4. 将 promise 压入到 microtask
5. 修改 outer 属性 data-random

接着执行的outer.setAttribute('data-random', Math.random());，但是由于上一个mutation microtask还处于等待状态，不能再添加mutation microtask，所以这里不会将 mutate 压入到 microtask。接着执行：

1. onclick 出 JS stack
2. script(整体代码)出 JS stack

此时，inner.click()执行完毕，script(整体代码)已出 JS stack，JS stack 清空，开始执行mircotask.

1. promise 入 JS stack
2. 打印出 promise
3. promise 出 JS stack
4. mutate 入 JS stack
5. 打印出 mutate
6. mutate 出 JS stack
7. promise 入 JS stack
8. 打印出 promise
9. promise 出 JS stack

此时，所有的mircotask执行完毕，本轮事件循环结束，UI 开始 render.

1. 页面中inner的innerHTML变为end

此时，UI render 完毕，开始下一轮事件循环.

1. timeout 入 JS stack
2. 弹出警告 锚点.
3. 打印出 timeout
4. timeout 出 JS stack
5. timeout 入 JS stack
6. 弹出警告 锚点.
7. 打印出 timeout
8. timeout 出 JS stack

到此为止，整个事件执行完毕，我们可以看到在弹出警告框之前inner的内容已经改变。

总结：首先执行macrotask，当js stack为空时执行microtask，接着开始UI render，接着再开始下一轮循环

参考文献：
深入核心，详解事件循环机制
Tasks, microtasks, queues and schedules