JavaScript并发模型与Event Loop

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2017-09-07
原文链接:blog.kaolafed.com

并发模型可视化描述

model.svg

如上图所示,Javascript执行引擎的主线程运行的时候,产生堆(heap)和栈(stack),程序中代码依次进入栈中等待执行,若执行时遇到异步方法,该异步方法会被添加到用于回调的队列(queue)中【即JavaScript执行引擎的主线程拥有一个执行栈/堆和一个任务队列】。

栈(stack) : 函数调用会形成了一个堆栈帧
堆(heap) : 对象被分配在一个堆中,一个用以表示一个内存中大的未被组织的区域。
队列(queue) : 一个 JavaScript 运行时包含了一个待处理的消息队列。每一个消息都与一个函数相关联。当栈为空时,则从队列中取出一个消息进行处理。这个处理过程包含了调用与这个消息相关联的函数(以及因而创建了一个初始堆栈帧)。当栈再次为空的时候,也就意味着该消息处理结束。

为了更清晰地描述Event Loop,参考下图的描述:

model.png

首先,我们对图中的一些名词稍加解释

  1. queue : 如上文的解释,值得注意的是,除了IO设备的事件(如load)会被添加到queue中,用户操作产生 的事件(如click,touchmove)同样也会被添加到queue中。队列中的这些事件会在主线程的执行栈被清空时被依次读取(队列先进先出,即先被压入队列中的事件会被先执行)。
  2. callback : 被主线程挂起来的代码,等主线程执行队列中的事件时,事件对应的callback代码就会被执行

【注:因为主线程从”任务队列”中读取事件的过程是循环不断的,因此这种运行机制又称为Event Loop(事件循环)】

下面我们通过setTimeout来看看单线程的JavaScript执行引擎是如何来执行该方法的。

  1. JavaScript执行引擎主线程运行,产生heap和stack
  2. 从上往下执行同步代码,log(1)被压入执行栈,因为log是webkit内核支持的普通方法而非WebAPIs的方法,因此立即出栈被引擎执行,输出1
  3. JavaScript执行引擎继续往下,遇到setTimeout()t异步方法(如图,setTimeout属于WebAPIs),将setTimeout(callback,5000)添加到执行栈
  4. 因为setTimeout()属于WebAPIs中的方法,JavaScript执行引擎在将setTimeout()出栈执行时,注册setTimeout()延时方法交由浏览器内核其他模块(以webkit为例,是webcore模块)处理
  5. 继续运行setTimeout()下面的log(3)代码,原理同步骤2
  6. 当延时方法到达触发条件,即到达设置的延时时间时(5秒后),该延时方法就会被添加至任务队列里。这一过程由浏览器内核其他模块处理,与执行引擎主线程独立
  7. JavaScript执行引擎在主线程方法执行完毕,到达空闲状态时,会从任务队列中顺序获取任务来执行。
  8. 将队列的第一个回调函数重新压入执行栈,执行回调函数中的代码log(2),原理同步骤2,回调函数的代码执行完毕,清空执行栈
  9. JavaScript执行引擎继续轮循队列,直到队列为空
  10. 执行完毕
console.log(1);
setTimeout(function() {
    console.log(2);
},5000);
console.log(3);
//输出结果:
//1
//3
//2

Macrotasks 和 Microtasks

基本上,一个完整的事件循环模型就讲完了。现在我们来重点关注一下队列。异步任务分为两种:Macrotasks 和 Microtasks。

  • Macrotasks: setTimeout, setInterval, setImmediate, I/O, UI rendering
  • Microtasks: process.nextTick, Promises, Object.observe(废弃), MutationObserver

Macrotasks 和 Microtasks有什么区别呢?我们以setTimeout和Promises来举例。

console.log('1');
setTimeout(function() {
  console.log('2');
}, 0);
Promise.resolve().then(function() {
  console.log('3');
}).then(function() {
  console.log('4');
});
console.log('5');
//输出结果:
//1
//5
//3
//4
//2

原因是Promise中的then方法的函数会被推入 microtasks 队列,而setTimeout的任务会被推入 macrotasks 队列。在每一次事件循环中,macrotask 只会提取一个执行,而 microtask 会一直提取,直到 microtasks 队列清空。结论如下:

  1. microtask会优先macrotask执行
  2. microtasks会被循环提取到执行引擎主线程的执行栈,直到microtasks任务队列清空,才会执行macrotask

【注:一般情况下,macrotask queues 我们会直接称为 task queues,只有 microtask queues 才会特别指明。】

【参考链接】

JavaScript 运行机制详解:再谈Event Loop
并发模型与Event Loop
【转向Javascript系列】从setTimeout说事件循环模型
异步 JavaScript 之理解 macrotask 和 microtask

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