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面试一定会问到的-js事件循环

最近在看js事件循环,事件循环是js运行的核心,js 是单线程的, js 的异步事件就是依赖于事件循环机制,网上找了些资料,发现腾讯云这篇 js事件循环 写的很详细,下文基于这一篇文章,外加上自己的一些总结。

事件循环

首先,我们来解释下事件循环是个什么东西: 就我们所知,浏览器的js是单线程的,也就是说,在同一时刻,最多也只有一个代码段在执行,可是浏览器又能很好的处理异步请求,那么到底是为什么呢?

关于执行中的线程:

  • 主线程:也就是 js 引擎执行的线程,这个线程只有一个,页面渲染、函数处理都在这个主线程上执行。
  • 工作线程:也称幕后线程,这个线程可能存在于浏览器或js引擎内,与主线程是分开的,处理文件读取、网络请求等异步事件。

我们来看一张图(这张图来自于http://www.zcfy.cc/article/node-js-at-scale-understanding-the-node-js-event-loop-risingstack-1652.html)

从上图我们可以看出,js主线程它是有一个执行栈的,所有的js代码都会在执行栈里运行。我们看看浏览器上的执行栈

在执行代码过程中,如果遇到一些异步代码(比如setTimeout,ajax,promise.then以及用户点击等操作),那么浏览器就会将这些代码放到另一个线程(在这里我们叫做幕后线程)中去执行,在前端由浏览器底层执行,在 node 端由 libuv 执行,这个线程的执行不阻塞主线程的执行,主线程继续执行栈中剩余的代码。

当幕后线程(background thread)里的代码执行完成后(比如setTimeout时间到了,ajax请求得到响应),该线程就会将它的回调函数放到任务队列(又称作事件队列、消息队列)中等待执行。而当主线程执行完栈中的所有代码后,它就会检查任务队列是否有任务要执行,如果有任务要执行的话,那么就将该任务放到执行栈中执行。如果当前任务队列为空的话,它就会一直循环等待任务到来。因此,这叫做事件循环。

任务队列

那么,问题来了。如果任务队列中,有很多个任务的话,那么要先执行哪一个任务呢? 其实(正如上图所示),js是有两个任务队列的,一个叫做 Macrotask Queue(Task Queue) 大任务, 一个叫做 Microtask Queue 小任务

Macrotask 常见的任务:

  • setTimeout
  • setInterval
  • setImmediate
  • I/O
  • 用户交互操作,UI渲染

Microtask 常见的任务:

  • Promise(重点)
  • process.nextTick(nodejs)
  • Object.observe(不推荐使用)

那么,两者有什么具体的区别呢?或者说,如果两种任务同时出现的话,应该选择哪一个呢?

其实事件循环执行流程如下:

  1. 检查 Macrotask 队列是否为空,若不为空,则进行下一步,若为空,则跳到3
  2. 从 Macrotask 队列中取队首(在队列时间最长)的任务进去执行栈中执行(仅仅一个),执行完后进入下一步
  3. 检查 Microtask 队列是否为空,若不为空,则进入下一步,否则,跳到1(开始新的事件循环)
  4. 从 Microtask 队列中取队首(在队列时间最长)的任务进去事件队列执行,执行完后,跳到3 其中,在执行代码过程中新增的microtask任务会在当前事件循环周期内执行,而新增的macrotask任务只能等到下一个事件循环才能执行了。

简而言之,一次事件循环只执行处于 Macrotask 队首的任务,执行完成后,立即执行 Microtask 队列中的所有任务。

我们先来看一段代码

 console.log(1)
setTimeout(function() {
  //settimeout1
  console.log(2)
}, 0);
const intervalId = setInterval(function() {
  //setinterval1
  console.log(3)
}, 0)
setTimeout(function() {
  //settimeout2
  console.log(10)
  new Promise(function(resolve) {
    //promise1
    console.log(11)
    resolve()
  })
  .then(function() {
    console.log(12)
  })
  .then(function() {
    console.log(13)
    clearInterval(intervalId)
  })
}, 0);

//promise2
Promise.resolve()
  .then(function() {
    console.log(7)
  })
  .then(function() {
    console.log(8)
  })
console.log(9)
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你觉得结果应该是什么呢? 我在node环境和chrome控制台输出的结果如下:

1
9
7
8
2
3
10
11
12
13
复制代码

在上面的例子中

  • 第一次事件循环:
  1. console.log(1)被执行,输出1
  2. settimeout1执行,加入macrotask队列
  3. setinterval1执行,加入macrotask队列
  4. settimeout2执行,加入macrotask队列
  5. promise2执行,它的两个then函数加入microtask队列
  6. console.log(9)执行,输出9
  7. 根据事件循环的定义,接下来会执行新增的microtask任务,按照进入队列的顺序,执行console.log(7)和console.log(8),输出7和8 microtask队列为空,回到第一步,进入下一个事件循环,此时macrotask队列为: settimeout1,setinterval1,settimeout2
  • 第二次事件循环:

从macrotask队列里取位于队首的任务(settimeout1)并执行,输出2 microtask队列为空,回到第一步,进入下一个事件循环,此时macrotask队列为: setinterval1,settimeout2

  • 第三次事件循环:

从macrotask队列里取位于队首的任务(setinterval1)并执行,输出3,然后又将新生成的setinterval1加入macrotask队列 microtask队列为空,回到第一步,进入下一个事件循环,此时macrotask队列为: settimeout2,setinterval1

  • 第四次事件循环:

从macrotask队列里取位于队首的任务(settimeout2)并执行,输出10,并且执行new Promise内的函数(new Promise内的函数是同步操作,并不是异步操作),输出11,并且将它的两个then函数加入microtask队列 从microtask队列中,取队首的任务执行,直到为空为止。因此,两个新增的microtask任务按顺序执行,输出12和13,并且将setinterval1清空。

此时,microtask队列和macrotask队列都为空,浏览器会一直检查队列是否为空,等待新的任务加入队列。 在这里,大家可以会想,在第一次循环中,为什么不是macrotask先执行?因为按照流程的话,不应该是先检查macrotask队列是否为空,再检查microtask队列吗?

原因:因为一开始js主线程中跑的任务就是macrotask任务,而根据事件循环的流程,一次事件循环只会执行一个macrotask任务,因此,执行完主线程的代码后,它就去从microtask队列里取队首任务来执行。

注意: 由于在执行microtask任务的时候,只有当microtask队列为空的时候,它才会进入下一个事件循环,因此,如果它源源不断地产生新的microtask任务,就会导致主线程一直在执行microtask任务,而没有办法执行macrotask任务,这样我们就无法进行UI渲染/IO操作/ajax请求了,因此,我们应该避免这种情况发生。在nodejs里的process.nexttick里,就可以设置最大的调用次数,以此来防止阻塞主线程。

async/await 又是如何处理的呢 ?

大家看看这段代码在浏览器上的输出是什么?

async function async1() {
    console.log('async1 start');
    await async2();
    console.log('async1 end');
}
async function async2() {
    console.log('async2');
}
async1();
new Promise(function(resolve) {
    console.log('promise1');
    resolve();
}).then(function() {
    console.log('promise2');
});
console.log('script end');
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这段代码多了 async/await 只要我们弄懂这个异步处理的原理,就可以知道它们的执行顺序了。

async/await: 这哥俩个其实是 Promise 和 Generator 的语法糖,所以我们把它们转成我们熟悉的 Promise

async function async1() {
    console.log('async1 start');
    await async2();
    console.log('async1 end');
}
// 其实就是
async function async1() {
    console.log('async1 start');
    Promise.resolve(async2()).then(()=>console.log('async1 end'))
}
复制代码

那我们在看看转换后的整体代码

async function async1() {
    console.log('async1 start');
    Promise.resolve(async2()).then(()=>console.log('async1 end'))
}
async function async2() {
    console.log('async2');
}
async1();
new Promise(function(resolve) {
    console.log('promise1');
    resolve();
}).then(function() {
    console.log('promise2');
});
console.log('script end');
复制代码

这下就很明白了吧,输出的结果如下

/** 
 * async1 start
 * async2
 * promise1
 * script end
 * async1 end
 * promise2
 * */
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定时器问题

以此,我们来引入一个新的问题,定时器的问题。定时器是否是真实可靠的呢?比如我执行一个命令:setTimeout(task, 100),他是否就能准确的在100毫秒后执行呢?其实根据以上的讨论,我们就可以得知,这是不可能的。

我们看这个栗子

const s = new Date().getSeconds();

setTimeout(function() {
  // 输出 "2",表示回调函数并没有在 500 毫秒之后立即执行
  console.log("Ran after " + (new Date().getSeconds() - s) + " seconds");
}, 500);

while(true) {
  if(new Date().getSeconds() - s >= 2) {
    console.log("Good, looped for 2 seconds");
    break;
  }
}
复制代码

如果不知道事件循环机制,那么想当然就认为 setTimeout 中的事件会在 500 毫秒后执行,但实际上是在 2 秒后才执行,原因大家应该都知道了,主线程一直有任务在执行,直到 2 秒后,主线程中的任务才执行完成,这才去执行 macrotask 中的 setTimeout 回调任务。

因为你执行 setTimeout(task,100) 后,其实只是确保这个任务,会在100毫秒后进入macrotask队列,但并不意味着他能立刻运行,可能当前主线程正在进行一个耗时的操作,也可能目前microtask队列有很多个任务,所以用 setTimeout 作为倒计时其实并不会保证准确。

阻塞还是非阻塞

关于 js 阻塞还是非阻塞的问题,我觉得可以这么理解,不够在这之前,我们先理解下同步、异步、阻塞还是非阻塞的解释,在网上看到一段描述的非常好,引用下

同步阻塞:小明一直盯着下载进度条,到 100% 的时候就完成。

同步非阻塞:小明提交下载任务后就去干别的,每过一段时间就去瞄一眼进度条,看到 100% 就完成。(轮询)

异步阻塞:小明换了个有下载完成通知功能的软件,下载完成就“叮”一声。不过小明仍然一直等待“叮”的声音(看起来很傻,不是吗最蠢)

异步非阻塞:仍然是那个会“叮”一声的下载软件,小明提交下载任务后就去干别的,听到“叮”的一声就知道完成了。(最机智)

我们的解释:

  1. js 核心还是同步阻塞的,比如看这段代码
while (true) {
    if (new Date().getSeconds() - s >= 2) {
        console.log("Good, looped for 2 seconds");
        break;
    }
}
console.log('end')
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console.log('end') 的执行需要在 while 循环结束后才能执行,如果循环一直没结束,那么线程就被阻塞了。

  1. 而对于 js 的异步事件,因为有事件循环机制,异步事件就是由事件驱动异步非阻塞的,上面的栗子已经很好证明了。 所以 nodejs 适合处理大并发,因为有事件循环和任务队列机制,异步操作都由工作进程处理(libuv),js 主线程可以继续处理新的请求。 缺点也很明显,因为是单线程,所以对计算密集型的就会比较吃力,不过可以通过集群的模式解决这个问题。

参考链接

www.zcfy.cc/article/nod…

cloud.tencent.com/developer/a…

developer.mozilla.org/zh-CN/docs/…

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