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JS事件循环机制(event loop)之宏任务/微任务

标签: eventloop 事件机制 node


原文地址:Tasks, microtasks, queues and schedules

鉴于上篇文章有提到过 微任务与宏任务,所以,在此做个细致补充: 话不多说,直接进入正文:

[1] 本文主要根据网上资源总结而来,如有不对,请斧正。 [2] 需要知道的专业名词术语:synchronous:同步任务、asynchronous:异步任务、task queue/callback queue:任务队列、execution context stack:执行栈、heap:堆、stack:栈、macro-task:宏任务、micro-task:微任务


首先我们要知道两点:

  • JavaScript是单线程的语言
  • Event Loop是javascript的执行机制

javascript事件循环

js是单线程,就像学生排队上厕所,学生需要排队一个一个上厕所,同理js任务也要一个一个顺序执行。如果一个任务耗时过长,那么后一个任务也必须等着。那么问题来了,假如我们想浏览新闻,但是新闻包含的超清图片加载很慢,难道我们的网页要一直卡着直到图片完全显示出来?因此聪明的程序员将任务分为两类:

  • 同步任务
  • 异步任务

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从图片可知,一个方法执行会向执行栈中加入这个方法的执行环境,在这个执行环境中还可以调用其他方法,甚至是自己,其结果不过是在执行栈中再添加一个执行环境。这个过程可以是无限进行下去的,除非发生了栈溢出,即超过了所能使用内存的最大值。


当我们打开网站时,网页的渲染过程就是一大堆同步任务,比如页面骨架和页面元素的渲染。而像加载图片音乐之类占用资源大耗时久的任务,就是异步任务。关于这部分有严格的文字定义,但本文的目的是用最小的学习成本彻底弄懂执行机制

先看一段代码:
console.log('script start');

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

Promise.resolve().then(function() {
  console.log('promise1');
}).then(function() {
  console.log('promise2');
});

console.log('script end');
复制代码

打印顺序是什么? 正确答案是:script start, script end, promise1, promise2, setTimeout 已蒙圈。。。

为什么会出现这样打印顺序呢?

  • 如下导图(此图从网站下载)

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解读:

  • 同步和异步任务分别进入不同的执行"场所",同步的进入主线程,异步的进入Event Table并注册函数
  • 当指定的事情完成时,Event Table会将这个函数移入Event Queue。
  • 主线程内的任务执行完毕为空,会去Event Queue读取对应的函数,进入主线程执行。
  • 上述过程会不断重复,也就是常说的Event Loop(事件循环)。

我们不禁要问了,那怎么知道主线程执行栈为空呢?js引擎存在monitoring process进程,会持续不断的检查主线程执行栈是否为空,一旦为空,就会去Event Queue那里检查是否有等待被调用的函数。

看代码:

let data = [];
$.ajax({
    url:www.javascript.com,
    data:data,
    success:() => {
        console.log('发送成功!');
    }
})
console.log('代码执行结束');
复制代码

上面是一段简易的ajax请求代码:

  • ajax进入Event Table,注册回调函数success。
  • 执行console.log('代码执行结束')。
  • ajax事件完成,回调函数success进入Event Queue。
  • 主线程从Event Queue读取回调函数success并执行。

相信通过上面的文字和代码,你已经对js的执行顺序有了初步了解。


微任务(Microtasks)、宏任务(task)?

微任务和宏任务皆为异步任务,它们都属于一个队列,主要区别在于他们的执行顺序,Event Loop的走向和取值。那么他们之间到底有什么区别呢?

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一个掘金的老哥(ssssyoki)的文章摘要: 那么如此看来我给的答案还是对的。但是js异步有一个机制,就是遇到宏任务,先执行宏任务,将宏任务放入eventqueue,然后在执行微任务,将微任务放入eventqueue最骚的是,这两个queue不是一个queue。当你往外拿的时候先从微任务里拿这个回掉函数,然后再从宏任务的queue上拿宏任务的回掉函数。 我当时看到这我就服了还有这种骚操作。

  • 而宏任务一般是:包括整体代码script,setTimeout,setInterval、setImmediate。
  • 微任务:原生Promise(有些实现的promise将then方法放到了宏任务中)、process.nextTick、Object.observe(已废弃)、 MutationObserver 记住就行了。
  • process是什么?

不废话,看以下例子:

setTimeout

大名鼎鼎的setTimeout无需再多言,大家对他的第一印象就是异步可以延时执行,我们经常这么实现延时3秒执行:

setTimeout(() => {
    console.log('延时3秒');
},3000)
复制代码

渐渐的setTimeout用的地方多了,问题也出现了,有时候明明写的延时3秒,实际却5,6秒才执行函数,这又咋回事啊?

setTimeout(() => {
    task();
},3000)
console.log('执行console');
复制代码

根据前面我们的结论,setTimeout是异步的,应该先执行console.log这个同步任务,所以我们的结论是:

// 执行console
// task()
复制代码

去验证一下,结果正确! 然后我们修改一下前面的代码:

setTimeout(() => {
    task()
},3000)

sleep(10000000)
复制代码

乍一看其实差不多嘛,但我们把这段代码在chrome执行一下,却发现控制台执行task()需要的时间远远超过3秒,说好的延时三秒,为啥现在需要这么长时间啊? 这时候我们需要重新理解setTimeout的定义。我们先说上述代码是怎么执行的:

  • task()进入Event Table并注册,计时开始。
  • 执行sleep函数,很慢,非常慢,计时仍在继续。
  • 3秒到了,计时事件timeout完成,task()进入Event Queue,但是sleep也太慢了吧,还没执行完,只好等着。
  • sleep终于执行完了,task()终于从Event Queue进入了主线程执行。

上述的流程走完,我们知道setTimeout这个函数,是经过指定时间后,把要执行的任务(本例中为task())加入到Event Queue中,又因为是单线程任务要一个一个执行,如果前面的任务需要的时间太久,那么只能等着,导致真正的延迟时间远远大于3秒。


我们还经常遇到setTimeout(fn,0)这样的代码,0秒后执行又是什么意思呢?是不是可以立即执行呢? 答案是不会的,setTimeout(fn,0)的含义是,指定某个任务在主线程最早可得的空闲时间执行,意思就是不用再等多少秒了,只要主线程执行栈内的同步任务全部执行完成,栈为空就马上执行。举例说明:

//代码1
console.log('先执行这里');
setTimeout(() => {
    console.log('执行啦')
},0);

//代码2
console.log('先执行这里');
setTimeout(() => {
    console.log('执行啦')
},3000);

复制代码

代码1的输出结果是:

先执行这里
执行啦
复制代码

代码2的输出结果是:

//先执行这里
// ... 3s later
// 执行啦
复制代码

关于setTimeout要补充的是,即便主线程为空,0毫秒实际上也是达不到的。根据HTML的标准,最低是4毫秒。有兴趣的同学可以自行了解。

setInterval

上面说完了setTimeout,当然不能错过它的孪生兄弟setInterval。他俩差不多,只不过后者是循环的执行。对于执行顺序来说,setInterval会每隔指定的时间将注册的函数置入Event Queue,如果前面的任务耗时太久,那么同样需要等待。

唯一需要注意的一点是,对于setInterval(fn,ms)来说,我们已经知道不是每过ms秒会执行一次fn,而是每过ms秒,会有fn进入Event Queue。一旦setInterval的回调函数fn执行时间超过了延迟时间ms,那么就完全看不出来有时间间隔了。这句话请读者仔细品味。

Promise与process.nextTick(callback)

  • Promise的定义和功能本文不再赘述,可以学习一下 阮一峰老师的Promise
  • 而process.nextTick(callback)类似node.js版的"setTimeout",在事件循环的下一次循环中调用 callback 回调函数。
不同类型的任务会进入对应的Event Queue,比如setTimeoutsetInterval会进入相同的Event Queue。

看例子:

setTimeout(()=>{
  console.log('setTimeout1')
},0)
let p = new Promise((resolve,reject)=>{
  console.log('Promise1')
  resolve()
})
p.then(()=>{
  console.log('Promise2')    
})
复制代码
最后输出结果是Promise1,Promise2,setTimeout1

Promise参数中的Promise1是同步执行的 其次是因为Promise是microtasks,会在同步任务执行完后会去清空microtasks queues, 最后清空完微任务再去宏任务队列取值。

Promise.resolve().then(()=>{
  console.log('Promise1')  
  setTimeout(()=>{
    console.log('setTimeout2')
  },0)
})

setTimeout(()=>{
  console.log('setTimeout1')
  Promise.resolve().then(()=>{
    console.log('Promise2')    
  })
},0)
复制代码
这回是嵌套,大家可以看看,最后输出结果是Promise1,setTimeout1,Promise2,setTimeout2
  • 一开始执行栈的同步任务执行完毕,会去 microtasks queues 找 清空 microtasks queues ,输出Promise1,同时会生成一个异步任务 setTimeout1
  • 去宏任务队列查看此时队列是 setTimeout1 在 setTimeout2 之前,因为setTimeout1执行栈一开始的时候就开始异步执行,所以输出 setTimeout1
  • 在执行setTimeout1时会生成Promise2的一个 microtasks ,放入 microtasks queues 中,接着又是一个循环,去清空 microtasks queues ,输出 Promise2
  • 清空完 microtasks queues ,就又会去宏任务队列取一个,这回取的是 setTimeout2

如下图:

最后我们来分析一段较复杂的代码,看看你是否真的掌握了js的执行机制:

console.log('1');

setTimeout(function() {
    console.log('2');
    process.nextTick(function() {
        console.log('3');
    })
    new Promise(function(resolve) {
        console.log('4');
        resolve();
    }).then(function() {
        console.log('5')
    })
})
process.nextTick(function() {
    console.log('6');
})
new Promise(function(resolve) {
    console.log('7');
    resolve();
}).then(function() {
    console.log('8')
})

setTimeout(function() {
    console.log('9');
    process.nextTick(function() {
        console.log('10');
    })
    new Promise(function(resolve) {
        console.log('11');
        resolve();
    }).then(function() {
        console.log('12')
    })
})
复制代码

第一轮事件循环流程分析如下:

  • 整体script作为第一个宏任务进入主线程,遇到console.log,输出1
  • 遇到setTimeout,其回调函数被分发到宏任务Event Queue中。我们暂且记为setTimeout1
  • 遇到process.nextTick(),其回调函数被分发到微任务Event Queue中。我们记为process1
  • 遇到Promise,new Promise直接执行,输出7。then被分发到微任务Event Queue中。我们记为then1
  • 又遇到了setTimeout,其回调函数被分发到宏任务Event Queue中,我们记为setTimeout2
宏任务Event Queue 微任务Event Queue
setTimeout1 process1
setTimeout2 then1
  • 上表是第一轮事件循环宏任务结束时各Event Queue的情况,此时已经输出了17

我们发现了process1和then1两个微任务。

  • 执行process1,输出6
  • 执行then1,输出8

好了,第一轮事件循环正式结束,这一轮的结果是输出1,7,6,8。那么第二轮时间循环从setTimeout1宏任务开始:

  • 首先输出2。接下来遇到了process.nextTick(),同样将其分发到微任务Event Queue中,记为process2。
  • new Promise立即执行输出4,then也分发到微任务Event Queue中,记为then2
宏任务Event Queue 微任务Event Queue
setTimeout2 process3
then3
  • 第三轮事件循环宏任务执行结束,执行两个微任务process3和then3。

  • 输出10

  • 输出12

  • 第三轮事件循环结束,第三轮输出9,11,10,12

  • 整段代码,共进行了三次事件循环,完整的输出为1,7,6,8,2,4,3,5,9,11,10,12。(请注意,node环境下的事件监听依赖libuv与前端环境不完全相同,输出顺序可能会有误差)

结尾

希望大家看了本篇文章都有收获 ...

好了,最后希望大家世界杯都能够逢赌必赢,自己喜欢的球队也能够杀进决赛!

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