今天,我明白了JS事件循环机制

写在前面

js是一门单线程的编程语言,也就是说js在处理任务的时候,所有任务只能在一个线程上排队被执行,那如果某一个任务耗时比较长呢?总不能等到它执行结束再去执行下一个。
所以在线程之内,又被分为了两个队列:

  • 同步任务队列
  • 异步任务队列

举个例子来说:比如你去银行办理业务,都需要领号排队。银行柜员一个个办理业务,这时这个柜员就相当于一个js线程,客户排的队就相当于同步任务队列,每个人对于柜员相当于一个个的任务。
但这个时候,你的电话突然响了,你去接电话接了半小时。这时候人家柜员一看你这情况,直接叫了下一个,而你领的号就作废了,只能重新零号排队。这时候你就是被分发到了异步任务队列。
等你前边的人都完事了,柜员把你叫过去办了你的业务,这时候就是同步队列中的任务执行完了,主线程会处理异步队列中的任务。

同步任务和异步任务

这里说的异步任务,它的意思是包含了独立于主执行栈之外的宏任务和微任务

先看一个简单的例子,对这样的执行机制有个简单的认识:

console.log('start')

console.log('end')

上边的执行结果大家肯定都明白,先输出start,再输出end,这一段代码会进入同步队列,顺序执行。

那么我们加点料:

console.log('start')

setTimeout(function() {
    console.log('setTimeout')
}, 0)

console.log('end')

这样的情况,函数调用栈执行到setTimeout时,setTimeout会在规定的时间点将回调函数放入异步队列,等待同步队列的任务被执行完,立即执行,所以结果是:start、end、setTimeout。

但需要注意的一点是,普遍认为setTimeout定时执行的认知是片面的,因为假设setTimeout规定2秒后执行,但同步队列中有一个函数,执行花了很长时间,甚至花了1秒。那么这时setTimeout中的回调也会等上至少1秒之后,同步任务都执行完了,再去执行。这时候的setTimeout回调执行的时机就会超过2秒,也就是至少3秒。

宏任务与微任务

宏任务与微任务都是独立与主执行栈之外的另外两个队列,可以在概念上划分在异步任务队列里。而这些队列由js的事件循环(EventLoop)来搞定

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。

由于写文章时没有注意到,实际上宏任务与微任务的概念是不准确的,但由于文章中涉及多处宏任务、微任务的解读,所以本文暂时还是用宏任务、微任务来分别代指task、jobs。但读者要明白规范中没有宏任务的概念,只有task与jobs

其中宏任务(task)包括:

  • script(整体代码)
  • setTimeout, setInterval, setImmediate,
  • I/O
  • UI rendering

ajax请求不属于宏任务,js线程遇到ajax请求,会将请求交给对应的http线程处理,一旦请求返回结果,就会将对应的回调放入宏任务队列,等请求完成执行。

微任务(jobs)包括:

  • process.nextTick
  • Promise
  • Object.observe(已废弃)
  • MutationObserver(html5新特性)

这些我们可以理解为它们在执行上下文中都是可执行代码,会立即执行,只不过会将各自的回调函数放入对应的任务队列中(宏任务微任务),也就相当于一个调度者。

我们梳理一下事件循环的执行机制:
循环首先从宏任务开始,遇到script,生成执行上下文,开始进入执行栈,可执行代码入栈,依次执行代码,调用完成出栈。
执行过程中遇到上边提到的调度者,会同步执行调度者,由调度者将其负责的任务(回调函数)放到对应的任务队列中,直到主执行栈清空,然后开始执行微任务的任务队列。微任务也清空后,再次从宏任务开始,一直循环这一过程。

示例

上边说了那么多,还是用一些代码来验证一下是否是这样的,先来一个简单一点的。

console.log('start')

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

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

console.log('end')

根据上边的结论,分析一下执行过程:

  • 建立执行上下文,进入执行栈开始执行代码,打印start
  • 往下执行,遇到setTimeout,将回调函数放入宏任务队列,等待执行
  • 继续往下,有个new Promise,其回调函数并不会被放入其他任务队列,因此会同步地执行,打印promise,但是当resolve后,.then会把其内部的回调函数放入微任务队列
  • 执行到了最底部的代码,打印出end。这时,主执行栈清空了,开始寻找微任务队列里有没有可执行代码
  • 发现了微任务队列中有之前放进去的代码,执行打印出promise resolved,第一次循环结束
  • 再开始第二次循环,从宏任务开始,检查宏任务队列是否有可执行代码,发现有一个,打印timeout

所以,打印顺序是:start-->promise-->end-->promise resolved-->timeout

上边是一个简单示例,比较好理解。那么接下来看一个稍微复杂一点的(这里直接用汉字直观地表明了打印的时机,避免看起来费劲):

console.log('第一次循环主执行栈开始')

setTimeout(function() {
    console.log('第二次循环开始,宏任务队列的第一个宏任务执行中')
    new Promise(function(resolve) {
        console.log('宏任务队列的第一个宏任务的微任务继续执行')
        resolve()
    }).then(function() {
        console.log('第二次循环的微任务队列的微任务执行')
    })
}, 0)

new Promise(function(resolve) {
    console.log('第一次循环主执行栈进行中...')
    resolve()
}).then(function() {
    console.log('第一次循环微任务,第一次循环结束')
    setTimeout(function() {
        console.log('第二次循环的宏任务队列的第二个宏任务执行')
    })
})

console.log('第一次循环主执行栈完成')

同样我们分析一下执行过程:

  • 第一次循环

    1. 进入执行栈执行代码,打印第一次循环主执行栈开始
    2. 遇到setTimeout,将回调放入宏任务队列等待执行
    3. promise声明过程是同步的,打印第一次循环主执行栈进行中...,resolve后遇到.then,将回调放入微任务队列
    4. 打印第一次循环主执行栈完成
    5. 检查微任务队列是否有可执行代码,有一个第三步放入的任务,打印第一次循环微任务,第一次循环结束,第一次循环结束,同时遇到setTimeout,将回调放入宏任务队列
  • 第二次循环

    1. 从宏任务入手,检查宏任务队列,发现有两个宏任务,分别是第一次循环第二步和第一次循环第五步被放入的任务,先执行第一个宏任务,打印第二次循环开始,宏任务队列的第一个宏任务执行中
    2. 遇到promise声明语句,打印宏任务队列的第一个宏任务继续执行,这时候又被resolve了,又会将.then中的回调放入微任务队列,这是这个宏任务队列中的第一个任务还没执行完
    3. 第一个宏任务中的同步代码执行完毕,检查微任务队列,发现有一段第二步放进去的代码,执行打印第二次循环的微任务队列的微任务执行,此时第一个宏任务执行完毕
    4. 开始执行第二个宏任务,打印第二次循环的宏任务队列的第二个宏任务执行,所有任务队列全部清空,执行完毕

所以打印顺序为:

  • 第一次循环主执行栈开始
  • 第一次循环主执行栈进行中...
  • 第一次循环主执行栈完成
  • 第一次循环微任务,第一次循环结束
  • 第二次循环开始,宏任务队列的第一个宏任务执行中
  • 第二次循环的宏任务队列的第一个宏任务的微任务继续执行
  • 第二次循环的微任务队列的微任务执行
  • 第二次循环的宏任务队列的第二个宏任务执行

看一下gif,事件循环以肉眼可见的形式呈现出来(两次循环之间有微小的时间间隔)

图片描述

总结

js的执行机制是面试中常考的点,也是非常绕的。但相信完全了解事件循环机制,仔细分析的话,面试遇到这样的题完全不是问题。我在写这篇文章的时候,发现自己之前理解的很大一部分是错的。如果大家觉得哪里有错误,还请帮忙指点出来。

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