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一、任务队列

同步任务与异步任务的由来

单线程就意味着,所有任务需要排队,前一个任务结束,才会执行后一个任务。如果前一个任务耗时很长,后一个任务就不得不一直等着。

如果排队是因为计算量大,CPU忙不过来,倒也算了,但是很多时候CPU是闲着的,因为IO设备(输入输出设备)很慢(比如Ajax操作从网络读取数据),不得不等着结果出来,再往下执行。

JavaScript语言的设计者意识到,这时主线程完全可以不管IO设备,挂起处于等待中的任务,先运行排在后面的任务。等到IO设备返回了结果,再回过头,把挂起的任务继续执行下去。

于是,所有任务可以分成两种,一种是同步任务(synchronous),另一种是异步任务(asynchronous)

同步任务与异步任务的定义

同步任务指的是,在主线程上排队执行的任务,只有前一个任务执行完毕,才能执行后一个任务;

异步任务指的是,不进入主线程、而进入"任务队列"(task queue)的任务,只有"任务队列"通知主线程,某个异步任务可以执行了,该任务才会进入主线程执行。

异步执行的运行机制

具体来说,异步执行的运行机制如下。(同步执行也是如此,因为它可以被视为没有异步任务的异步执行。)

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(1)所有同步任务都在主线程上执行,形成一个执行栈(execution context stack)。

(2)主线程之外,还存在一个"任务队列"(task queue)。只要异步任务有了运行结果,就在"任务队列"之中放置一个事件。

(3)一旦"执行栈"中的所有同步任务执行完毕,系统就会读取"任务队列",看看里面有哪些事件。那些对应的异步任务,于是结束等待状态,进入执行栈,开始执行。

(4)主线程不断重复上面的第三步。

只要主线程空了,就会去读取"任务队列",这就是JavaScript的运行机制。这个过程会不断重复。

举个例子:

console.log("1");
setTimeout(()=>{
    console.log("2");
},0);
console.log("3");
// 1
// 3
// 2

运行结果是:1、3、2
setTimeout里的函数并没有立即执行,而是延迟一段时间,符合特定的条件才开始执行,这就是异步执行操作

console.log("1")  //是同步任务,放入主线程,
setTimeout()      //是异步任务,被放入事件列表Event table中,0秒后被推入任务队列task queue里,
console.log("3")  //是同步任务,放入主线程
//当1、3任务先执行完后,主线程去task queue(事件队列)里查看是否有可执行的函数,执行setTimeout里的函数。

二、事件和回调函数

"任务队列"是一个事件的队列(也可以理解成消息的队列),IO设备完成一项任务,就在"任务队列"中添加一个事件,表示相关的异步任务可以进入"执行栈"了。主线程读取"任务队列",就是读取里面有哪些事件。

"任务队列"中的事件,除了IO设备的事件以外,还包括一些用户产生的事件(比如鼠标点击、页面滚动等等)。只要指定过回调函数,这些事件发生时就会进入"任务队列",等待主线程读取。

所谓"回调函数"(callback),就是那些会被主线程挂起来的代码。异步任务必须指定回调函数当主线程开始执行异步任务,就是执行对应的回调函数。

"任务队列"是一个先进先出的数据结构,排在前面的事件,优先被主线程读取。主线程的读取过程基本上是自动的,只要执行栈一清空,"任务队列"上第一位的事件就自动进入主线程。但是,由于存在后文提到的"定时器"功能,主线程首先要检查一下执行时间,某些事件只有到了规定的时间,才能返回主线程。

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三、Event Loop

主线程从"任务队列"中读取事件,这个过程是循环不断的,所以整个的这种运行机制又称为Event Loop(事件循环)。

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  1. 主线程运行的时候,产生(heap)和(stack),
    heap(堆):是用户主动请求而划分出来的内存区域,比如你new Object(),就是将一个对象存入堆中,可以理解为heap存对象。
    stack(栈):是由于函数运行而临时占用的内存区域,函数都存放在栈里。
  2. 栈中的代码调用各种外部API,它们在"任务队列"中加入各种事件(click,load,done)。
    (当满足触发条件后才加入队列,如ajax请求完毕)
  3. 而当栈中的代码执行完毕,主线程就会去读取"任务队列",依次执行那些事件所对应的回调函数。如此循环

【注意,总是要等待栈中的代码执行完毕后才会去读取事件队列中的事件】

四、宏任务和微任务

JS中分为两种任务类型:宏任务macro task微任务micro task
在ECMAScript中,micro task称为jobs,macro task可称为task

宏任务与微任务的定义

1)宏任务(macro task),可以理解为每次执行栈执行的代码就是一个宏任务(包括每次从事件队列中获取一个事件回调并放到执行栈中执行)
每一个task会从头到尾将这个任务执行完毕,不会执行其它

浏览器为了能够使得JS内部task与DOM任务能够有序的执行,会在一个task执行结束后,在下一个 task 执行开始前,对页面进行重新渲染
task->渲染->task->...

2)微任务(micro task),可以理解为在当前 task 执行结束后立即执行的任务
也就是说,在当前task任务后,下一个task之前,在渲染之前

所以它的响应速度相比setTimeout(setTimeout是task)会更快,因为无需等渲染
也就是说,在某一个macro task执行完后,就会将在它执行期间产生的所有micro task都执行完毕(在渲染前)

常见的宏任务和微任务:

1)宏任务(macro task):
主代码块setTimeoutsetInterval,I/O、UI交互事件、postMessage、MessageChannel、setImmediate(node.js 环境)等(可以看到,事件队列中的每一个事件都是一个宏任务)

2)微任务(micro task):
Promise.thenMutaionObserverMessageChannelprocess.nextTick(node.js 环境)等

__补充:在node环境下,process.nextTick的优先级高于Promise,也就是可以简单理解为:在宏任务结束后会先执行微任务队列中的nextTickQueue部分,然后才会执行微任务中的Promise部分。

再根据线程来理解下:
宏任务(macro task)中的事件都是放在一个事件队列中的,而这个队列由事件触发线程维护
微任务(micro task)中的所有微任务都是添加到微任务队列(Job Queues)中,等待当前宏任务执行完毕后执行,而这个队列由JS引擎线程维护

所以,总结下运行机制

  1. 执行一个宏任务(栈中没有就从事件队列中获取)
  2. 执行过程中如果遇到微任务,就将它添加到微任务的任务队列中
  3. 宏任务执行完毕后,立即执行当前微任务队列中的所有微任务(依次执行)
  4. 当前宏任务执行完毕,开始检查渲染,然后GUI线程接管渲染
  5. 渲染完毕后,JS线程继续接管,开始下一个宏任务(从事件队列中获取)

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举个例子:

setTimeout(()=>{
console.log("定时器开始执行");
})
 
new Promise(function(resolve){
    console.log("准备执行for循环了");
    for(var i=0;i<100;i++){
        i==22&&resolve();
    }
}).then(()=>console.log("执行then函数"));
 
console.log("代码执行完毕");


//首先执行script下的宏任务,遇到setTimeout,将其放到宏任务的【队列】里

//遇到 new Promise直接执行,打印"准备执行for循环" 

//遇到then方法,是微任务,将其放到微任务的【队列里】
 
//打印 "代码执行完毕" 

//本轮宏任务执行完毕,查看本轮的微任务,发现有一个then方法里的函数, 打印"执行then函数" 

//到此,本轮的event loop 全部完成。 

//下一轮的循环里,先执行一个宏任务,发现宏任务的【队列】里有一个 setTimeout里的函数,执行打印"定时器开始执行"

所以最后的执行顺序就是:【准备执行for循环-->代码执行完毕-->执行then函数-->定时器开始执行】

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