一篇文章教会你Event loop——浏览器和Node

最近对Event loop比较感兴趣，所以了解了一下。但是发现整个Event loop尽管有很多篇文章，但是没有一篇可以看完就对它所有内容都了解的文章。大部分的文章都只阐述了浏览器或者Node二者之一，没有对比的去看的话，认识总是浅一点。所以才有了这篇整理了百家之长的文章。

1. 定义

Event loop：为了协调事件（event），用户交互（user interaction），脚本（script），渲染（rendering），网络（networking）等，用户代理（user agent）必须使用事件循环（event loops）。（3月29修订）

那什么是事件？

事件：事件就是由于某种外在或内在的信息状态发生的变化，从而导致出现了对应的反应。比如说用户点击了一个按钮，就是一个事件；HTML页面完成加载，也是一个事件。一个事件中会包含多个任务。

我们在之前的文章中提到过，JavaScript引擎又称为JavaScript解释器，是JavaScript解释为机器码的工具，分别运行在浏览器和Node中。而根据上下文的不同，Event loop也有不同的实现：其中Node使用了libuv库来实现Event loop; 而在浏览器中，html规范定义了Event loop，具体的实现则交给不同的厂商去完成。

所以，浏览器的Event loop和Node的Event loop是两个概念，下面分别来看一下。

2. 意义

在实际工作中，了解Event loop的意义能帮助你分析一些异步次序的问题（当然，随着es7 async和await的流行，这样的机会越来越少了）。除此以外，它还对你了解浏览器和Node的内部机制有积极的作用；对于参加面试，被问到一堆异步操作的执行顺序时，也不至于两眼抓瞎。

3. 浏览器上的实现

在JavaScript中，任务被分为Task（又称为MacroTask,宏任务）和MicroTask（微任务）两种。它们分别包含以下内容：

MacroTask: script(整体代码), setTimeout, setInterval, setImmediate（node独有）, I/O, UI rendering
MicroTask: process.nextTick（node独有）, Promises, Object.observe(废弃), MutationObserver

需要注意的一点是：在同一个上下文中，总的执行顺序为同步代码—>microTask—>macroTask[6]。这一块我们在下文中会讲。

浏览器中，一个事件循环里有很多个来自不同任务源的任务队列（task queues），每一个任务队列里的任务是严格按照先进先出的顺序执行的。但是，因为浏览器自己调度的关系，不同任务队列的任务的执行顺序是不确定的。

具体来说，浏览器会不断从task队列中按顺序取task执行，每执行完一个task都会检查microtask队列是否为空（执行完一个task的具体标志是函数执行栈为空），如果不为空则会一次性执行完所有microtask。然后再进入下一个循环去task队列中取下一个task执行，以此类推。

注意：图中橙色的MacroTask任务队列也应该是在不断被切换着的。

本段大批量引用了《什么是浏览器的事件循环（Event Loop）》的相关内容，想看更加详细的描述可以自行取用。

4. Node上的实现

nodejs的event loop分为6个阶段，它们会按照顺序反复运行，分别如下：

1. timers：执行setTimeout() 和 setInterval()中到期的callback。
2. I/O callbacks：上一轮循环中有少数的I/Ocallback会被延迟到这一轮的这一阶段执行
3. idle, prepare：队列的移动，仅内部使用
4. poll：最为重要的阶段，执行I/O callback，在适当的条件下会阻塞在这个阶段
5. check：执行setImmediate的callback
6. close callbacks：执行close事件的callback，例如socket.on("close",func)

不同于浏览器的是，在每个阶段完成后，而不是MacroTask任务完成后，microTask队列就会被执行。这就导致了同样的代码在不同的上下文环境下会出现不同的结果。我们在下文中会探讨。

另外需要注意的是，如果在timers阶段执行时创建了setImmediate则会在此轮循环的check阶段执行，如果在timers阶段创建了setTimeout，由于timers已取出完毕，则会进入下轮循环，check阶段创建timers任务同理。

5. 示例

5.1 浏览器与Node执行顺序的区别

setTimeout(()=>{
    console.log('timer1')

    Promise.resolve().then(function() {
        console.log('promise1')
    })
}, 0)

setTimeout(()=>{
    console.log('timer2')

    Promise.resolve().then(function() {
        console.log('promise2')
    })
}, 0)



浏览器输出：
time1
promise1
time2
promise2

Node输出：
time1
time2
promise1
promise2

在这个例子中，Node的逻辑如下：

最初timer1和timer2就在timers阶段中。开始时首先进入timers阶段，执行timer1的回调函数，打印timer1，并将promise1.then回调放入microtask队列，同样的步骤执行timer2，打印timer2；
至此，timer阶段执行结束，event loop进入下一个阶段之前，执行microtask队列的所有任务，依次打印promise1、promise2。

而浏览器则因为两个setTimeout作为两个MacroTask, 所以先输出timer1, promise1，再输出timer2，promise2。

更加详细的信息可以查阅《深入理解js事件循环机制（Node.js篇）》

为了证明我们的理论，把代码改成下面的样子：

setImmediate(() => {
  console.log('timer1')

  Promise.resolve().then(function () {
    console.log('promise1')
  })
})

setTimeout(() => {
  console.log('timer2')

  Promise.resolve().then(function () {
    console.log('promise2')
  })
}, 0)

Node输出：
timer1               timer2
promise1    或者     promise2
timer2               timer1
promise2             promise1

按理说setTimeout(fn,0)应该比setImmediate(fn)快，应该只有第二种结果，为什么会出现两种结果呢？
这是因为Node 做不到0毫秒，最少也需要1毫秒。实际执行的时候，进入事件循环以后，有可能到了1毫秒，也可能还没到1毫秒，取决于系统当时的状况。如果没到1毫秒，那么 timers 阶段就会跳过，进入 check 阶段，先执行setImmediate的回调函数。

另外，如果已经过了Timer阶段，那么setImmediate会比setTimeout更快，例如：

const fs = require('fs');

fs.readFile('test.js', () => {
  setTimeout(() => console.log(1));
  setImmediate(() => console.log(2));
});

上面代码会先进入 I/O callbacks 阶段，然后是 check 阶段，最后才是 timers 阶段。因此，setImmediate才会早于setTimeout执行。

具体可以看《Node 定时器详解》。

5.2 不同异步任务执行的快慢

setTimeout(() => console.log(1));
setImmediate(() => console.log(2));

Promise.resolve().then(() => console.log(3));
process.nextTick(() => console.log(4));


输出结果：4 3 1 2或者4 3 2 1

因为我们上文说过microTask会优于macroTask运行，所以先输出下面两个，而在Node中process.nextTick比Promise更加优先[3]，所以4在3前。而根据我们之前所说的Node没有绝对意义上的0ms，所以1,2的顺序不固定。

5.3 MicroTask队列与MacroTask队列

   setTimeout(function () {
       console.log(1);
   },0);
   console.log(2);
   process.nextTick(() => {
       console.log(3);
   });
   new Promise(function (resolve, rejected) {
       console.log(4);
       resolve()
   }).then(res=>{
       console.log(5);
   })
   setImmediate(function () {
       console.log(6)
   })
   console.log('end');

Node输出：
2 4 end 3 5 1 6

这个例子来源于《JavaScript中的执行机制》。Promise的代码是同步代码，then和catch才是异步的，所以4要同步输出，然后Promise的then位于microTask中，优于其他位于macroTask队列中的任务，所以5会优于1,6输出，而Timer优于Check阶段,所以1,6。

6. 总结

综上，关于最关键的顺序，我们要依据以下几条规则:

1. 同一个上下文下，MicroTask会比MacroTask先运行
2. 然后浏览器按照一个MacroTask任务，所有MicroTask的顺序运行，Node按照六个阶段的顺序运行，并在每个阶段后面都会运行MicroTask队列
3. 同个MicroTask队列下process.tick()会优于Promise

Event loop还是比较深奥的，深入进去会有很多有意思的东西，有任何问题还望不吝指出。

参考文档：

1. 《什么是浏览器的事件循环（Event Loop）》
2. 《不要混淆nodejs和浏览器中的event loop》
3. 《Node 定时器详解》
4. 《浏览器和Node不同的事件循环（Event Loop）》
5. 《深入理解js事件循环机制（Node.js篇）》
6. 《JavaScript中的执行机制》