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JavaScript中的Event Loop(事件循環(huán))機制

2020-5-25    seo達人

事件循環(huán)

JavaScript是單線程,非阻塞的

瀏覽器的事件循環(huán)


執(zhí)行棧和事件隊列

宏任務(wù)和微任務(wù)

node環(huán)境下的事件循環(huán)


和瀏覽器環(huán)境有何不同

事件循環(huán)模型

宏任務(wù)和微任務(wù)

經(jīng)典題目分析

1. JavaScript是單線程,非阻塞的

單線程:


JavaScript的主要用途是與用戶互動,以及操作DOM。如果它是多線程的會有很多復(fù)雜的問題要處理,比如有兩個線程同時操作DOM,一個線程刪除了當(dāng)前的DOM節(jié)點,一個線程是要操作當(dāng)前的DOM階段,最后以哪個線程的操作為準(zhǔn)?為了避免這種,所以JS是單線程的。即使H5提出了web worker標(biāo)準(zhǔn),它有很多限制,受主線程控制,是主線程的子線程。


非阻塞:通過 event loop 實現(xiàn)。


2. 瀏覽器的事件循環(huán)

執(zhí)行棧和事件隊列

為了更好地理解Event Loop,請看下圖(轉(zhuǎn)引自Philip Roberts的演講 《Help, I'm stuck in an event-loop》)

Help, I'm stuck in an event-loop


執(zhí)行棧: 同步代碼的執(zhí)行,按照順序添加到執(zhí)行棧中


function a() {

   b();

   console.log('a');

}

function b() {

   console.log('b')

}

a();

我們可以通過使用 Loupe(Loupe是一種可視化工具,可以幫助您了解JavaScript的調(diào)用堆棧/事件循環(huán)/回調(diào)隊列如何相互影響)工具來了解上面代碼的執(zhí)行情況。


調(diào)用情況


執(zhí)行函數(shù) a()先入棧

a()中先執(zhí)行函數(shù) b() 函數(shù)b() 入棧

執(zhí)行函數(shù)b(), console.log('b') 入棧

輸出 b, console.log('b')出棧

函數(shù)b() 執(zhí)行完成,出棧

console.log('a') 入棧,執(zhí)行,輸出 a, 出棧

函數(shù)a 執(zhí)行完成,出棧。

事件隊列: 異步代碼的執(zhí)行,遇到異步事件不會等待它返回結(jié)果,而是將這個事件掛起,繼續(xù)執(zhí)行執(zhí)行棧中的其他任務(wù)。當(dāng)異步事件返回結(jié)果,將它放到事件隊列中,被放入事件隊列不會立刻執(zhí)行起回調(diào),而是等待當(dāng)前執(zhí)行棧中所有任務(wù)都執(zhí)行完畢,主線程空閑狀態(tài),主線程會去查找事件隊列中是否有任務(wù),如果有,則取出排在第一位的事件,并把這個事件對應(yīng)的回調(diào)放到執(zhí)行棧中,然后執(zhí)行其中的同步代碼。


我們再上面代碼的基礎(chǔ)上添加異步事件,


function a() {

   b();

   console.log('a');

}

function b() {

   console.log('b')

   setTimeout(function() {

       console.log('c');

   }, 2000)

}

a();

此時的執(zhí)行過程如下

img


我們同時再加上點擊事件看一下運行的過程


$.on('button', 'click', function onClick() {

   setTimeout(function timer() {

       console.log('You clicked the button!');    

   }, 2000);

});


console.log("Hi!");


setTimeout(function timeout() {

   console.log("Click the button!");

}, 5000);


console.log("Welcome to loupe.");

img


簡單用下面的圖進行一下總結(jié)


執(zhí)行棧和事件隊列


宏任務(wù)和微任務(wù)

為什么要引入微任務(wù),只有一種類型的任務(wù)不行么?


頁面渲染事件,各種IO的完成事件等隨時被添加到任務(wù)隊列中,一直會保持先進先出的原則執(zhí)行,我們不能準(zhǔn)確地控制這些事件被添加到任務(wù)隊列中的位置。但是這個時候突然有高優(yōu)先級的任務(wù)需要盡快執(zhí)行,那么一種類型的任務(wù)就不合適了,所以引入了微任務(wù)隊列。


不同的異步任務(wù)被分為:宏任務(wù)和微任務(wù)

宏任務(wù):


script(整體代碼)

setTimeout()

setInterval()

postMessage

I/O

UI交互事件

微任務(wù):


new Promise().then(回調(diào))

MutationObserver(html5 新特性)

運行機制

異步任務(wù)的返回結(jié)果會被放到一個任務(wù)隊列中,根據(jù)異步事件的類型,這個事件實際上會被放到對應(yīng)的宏任務(wù)和微任務(wù)隊列中去。


在當(dāng)前執(zhí)行棧為空時,主線程會查看微任務(wù)隊列是否有事件存在


存在,依次執(zhí)行隊列中的事件對應(yīng)的回調(diào),直到微任務(wù)隊列為空,然后去宏任務(wù)隊列中取出最前面的事件,把當(dāng)前的回調(diào)加到當(dāng)前指向棧。

如果不存在,那么再去宏任務(wù)隊列中取出一個事件并把對應(yīng)的回到加入當(dāng)前執(zhí)行棧;

當(dāng)前執(zhí)行棧執(zhí)行完畢后時會立刻處理所有微任務(wù)隊列中的事件,然后再去宏任務(wù)隊列中取出一個事件。同一次事件循環(huán)中,微任務(wù)永遠在宏任務(wù)之前執(zhí)行。


在事件循環(huán)中,每進行一次循環(huán)操作稱為 tick,每一次 tick 的任務(wù)處理模型是比較復(fù)雜的,但關(guān)鍵步驟如下:


執(zhí)行一個宏任務(wù)(棧中沒有就從事件隊列中獲?。?

執(zhí)行過程中如果遇到微任務(wù),就將它添加到微任務(wù)的任務(wù)隊列中

宏任務(wù)執(zhí)行完畢后,立即執(zhí)行當(dāng)前微任務(wù)隊列中的所有微任務(wù)(依次執(zhí)行)

當(dāng)前宏任務(wù)執(zhí)行完畢,開始檢查渲染,然后GUI線程接管渲染

渲染完畢后,JS線程繼續(xù)接管,開始下一個宏任務(wù)(從事件隊列中獲?。?

簡單總結(jié)一下執(zhí)行的順序:

執(zhí)行宏任務(wù),然后執(zhí)行該宏任務(wù)產(chǎn)生的微任務(wù),若微任務(wù)在執(zhí)行過程中產(chǎn)生了新的微任務(wù),則繼續(xù)執(zhí)行微任務(wù),微任務(wù)執(zhí)行完畢后,再回到宏任務(wù)中進行下一輪循環(huán)。


宏任務(wù)和微任務(wù)


深入理解js事件循環(huán)機制(瀏覽器篇) 這邊文章中有個特別形象的動畫,大家可以看著理解一下。


console.log('start')


setTimeout(function() {

 console.log('setTimeout')

}, 0)


Promise.resolve().then(function() {

 console.log('promise1')

}).then(function() {

 console.log('promise2')

})


console.log('end')

瀏覽器事件循環(huán)


全局代碼壓入執(zhí)行棧執(zhí)行,輸出 start

setTimeout壓入 macrotask隊列,promise.then 回調(diào)放入 microtask隊列,最后執(zhí)行 console.log('end'),輸出 end

調(diào)用棧中的代碼執(zhí)行完成(全局代碼屬于宏任務(wù)),接下來開始執(zhí)行微任務(wù)隊列中的代碼,執(zhí)行promise回調(diào),輸出 promise1, promise回調(diào)函數(shù)默認(rèn)返回 undefined, promise狀態(tài)變成 fulfilled ,觸發(fā)接下來的 then回調(diào),繼續(xù)壓入 microtask隊列,此時產(chǎn)生了新的微任務(wù),會接著把當(dāng)前的微任務(wù)隊列執(zhí)行完,此時執(zhí)行第二個 promise.then回調(diào),輸出 promise2

此時,microtask隊列 已清空,接下來會會執(zhí)行 UI渲染工作(如果有的話),然后開始下一輪 event loop, 執(zhí)行 setTimeout的回調(diào),輸出 setTimeout

最后的執(zhí)行結(jié)果如下


start

end

promise1

promise2

setTimeout

node環(huán)境下的事件循環(huán)

和瀏覽器環(huán)境有何不同

表現(xiàn)出的狀態(tài)與瀏覽器大致相同。不同的是 node 中有一套自己的模型。node 中事件循環(huán)的實現(xiàn)依賴 libuv 引擎。Node的事件循環(huán)存在幾個階段。


如果是node10及其之前版本,microtask會在事件循環(huán)的各個階段之間執(zhí)行,也就是一個階段執(zhí)行完畢,就會去執(zhí)行 microtask隊列中的任務(wù)。


node版本更新到11之后,Event Loop運行原理發(fā)生了變化,一旦執(zhí)行一個階段里的一個宏任務(wù)(setTimeout,setInterval和setImmediate)就立刻執(zhí)行微任務(wù)隊列,跟瀏覽器趨于一致。下面例子中的代碼是按照的去進行分析的。


事件循環(huán)模型

┌───────────────────────┐

┌─>│        timers         │

│  └──────────┬────────────┘

│  ┌──────────┴────────────┐

│  │     I/O callbacks     │

│  └──────────┬────────────┘

│  ┌──────────┴────────────┐

│  │     idle, prepare     │

│  └──────────┬────────────┘      ┌───────────────┐

│  ┌──────────┴────────────┐      │   incoming:   │

│  │         poll          │<──connections───     │

│  └──────────┬────────────┘      │   data, etc.  │

│  ┌──────────┴────────────┐      └───────────────┘

│  │        check          │

│  └──────────┬────────────┘

│  ┌──────────┴────────────┐

└──┤    close callbacks    │

  └───────────────────────┘

事件循環(huán)各階段詳解

node中事件循環(huán)的順序


外部輸入數(shù)據(jù) --> 輪詢階段(poll) --> 檢查階段(check) --> 關(guān)閉事件回調(diào)階段(close callback) --> 定時器檢查階段(timer) --> I/O 事件回調(diào)階段(I/O callbacks) --> 閑置階段(idle, prepare) --> 輪詢階段...


這些階段大致的功能如下:


定時器檢測階段(timers): 這個階段執(zhí)行定時器隊列中的回調(diào)如 setTimeout() 和 setInterval()。

I/O事件回調(diào)階段(I/O callbacks): 這個階段執(zhí)行幾乎所有的回調(diào)。但是不包括close事件,定時器和setImmediate()的回調(diào)。

閑置階段(idle, prepare): 這個階段僅在內(nèi)部使用,可以不必理會

輪詢階段(poll): 等待新的I/O事件,node在一些特殊情況下會阻塞在這里。

檢查階段(check): setImmediate()的回調(diào)會在這個階段執(zhí)行。

關(guān)閉事件回調(diào)階段(close callbacks): 例如socket.on('close', ...)這種close事件的回調(diào)

poll:

這個階段是輪詢時間,用于等待還未返回的 I/O 事件,比如服務(wù)器的回應(yīng)、用戶移動鼠標(biāo)等等。

這個階段的時間會比較長。如果沒有其他異步任務(wù)要處理(比如到期的定時器),會一直停留在這個階段,等待 I/O 請求返回結(jié)果。

check:

該階段執(zhí)行setImmediate()的回調(diào)函數(shù)。


close:

該階段執(zhí)行關(guān)閉請求的回調(diào)函數(shù),比如socket.on('close', ...)。


timer階段:

這個是定時器階段,處理setTimeout()和setInterval()的回調(diào)函數(shù)。進入這個階段后,主線程會檢查一下當(dāng)前時間,是否滿足定時器的條件。如果滿足就執(zhí)行回調(diào)函數(shù),否則就離開這個階段。


I/O callback階段:

除了以下的回調(diào)函數(shù),其他都在這個階段執(zhí)行:


setTimeout()和setInterval()的回調(diào)函數(shù)

setImmediate()的回調(diào)函數(shù)

用于關(guān)閉請求的回調(diào)函數(shù),比如socket.on('close', ...)

宏任務(wù)和微任務(wù)

宏任務(wù):


setImmediate

setTimeout

setInterval

script(整體代碼)

I/O 操作等。

微任務(wù):


process.nextTick

new Promise().then(回調(diào))

Promise.nextTick, setTimeout, setImmediate的使用場景和區(qū)別

Promise.nextTick

process.nextTick 是一個獨立于 eventLoop 的任務(wù)隊列。

在每一個 eventLoop 階段完成后會去檢查 nextTick 隊列,如果里面有任務(wù),會讓這部分任務(wù)優(yōu)先于微任務(wù)執(zhí)行。

是所有異步任務(wù)中最快執(zhí)行的。


setTimeout:

setTimeout()方法是定義一個回調(diào),并且希望這個回調(diào)在我們所指定的時間間隔后第一時間去執(zhí)行。


setImmediate:

setImmediate()方法從意義上將是立刻執(zhí)行的意思,但是實際上它卻是在一個固定的階段才會執(zhí)行回調(diào),即poll階段之后。


經(jīng)典題目分析

一. 下面代碼輸出什么

async function async1() {

   console.log('async1 start');

   await async2();

   console.log('async1 end');

}

async function async2() {

   console.log('async2');

}

console.log('script start');

setTimeout(function() {

   console.log('setTimeout');

}, 0)

async1();

new Promise(function(resolve) {

   console.log('promise1');

   resolve();

}).then(function() {

   console.log('promise2');

});

console.log('script end');

先執(zhí)行宏任務(wù)(當(dāng)前代碼塊也算是宏任務(wù)),然后執(zhí)行當(dāng)前宏任務(wù)產(chǎn)生的微任務(wù),然后接著執(zhí)行宏任務(wù)


從上往下執(zhí)行代碼,先執(zhí)行同步代碼,輸出 script start

遇到setTimeout,現(xiàn)把 setTimeout 的代碼放到宏任務(wù)隊列中

執(zhí)行 async1(),輸出 async1 start, 然后執(zhí)行 async2(), 輸出 async2,把 async2() 后面的代碼 console.log('async1 end')放到微任務(wù)隊列中

接著往下執(zhí)行,輸出 promise1,把 .then()放到微任務(wù)隊列中;注意Promise本身是同步的立即執(zhí)行函數(shù),.then是異步執(zhí)行函數(shù)

接著往下執(zhí)行, 輸出 script end。同步代碼(同時也是宏任務(wù))執(zhí)行完成,接下來開始執(zhí)行剛才放到微任務(wù)中的代碼

依次執(zhí)行微任務(wù)中的代碼,依次輸出 async1 end、 promise2, 微任務(wù)中的代碼執(zhí)行完成后,開始執(zhí)行宏任務(wù)中的代碼,輸出 setTimeout

最后的執(zhí)行結(jié)果如下


script start

async1 start

async2

promise1

script end

async1 end

promise2

setTimeout

二. 下面代碼輸出什么

console.log('start');

setTimeout(() => {

   console.log('children2');

   Promise.resolve().then(() => {

       console.log('children3');

   })

}, 0);


new Promise(function(resolve, reject) {

   console.log('children4');

   setTimeout(function() {

       console.log('children5');

       resolve('children6')

   }, 0)

}).then((res) => {

   console.log('children7');

   setTimeout(() => {

       console.log(res);

   }, 0)

})

這道題跟上面題目不同之處在于,執(zhí)行代碼會產(chǎn)生很多個宏任務(wù),每個宏任務(wù)中又會產(chǎn)生微任務(wù)


從上往下執(zhí)行代碼,先執(zhí)行同步代碼,輸出 start

遇到setTimeout,先把 setTimeout 的代碼放到宏任務(wù)隊列①中

接著往下執(zhí)行,輸出 children4, 遇到setTimeout,先把 setTimeout 的代碼放到宏任務(wù)隊列②中,此時.then并不會被放到微任務(wù)隊列中,因為 resolve是放到 setTimeout中執(zhí)行的

代碼執(zhí)行完成之后,會查找微任務(wù)隊列中的事件,發(fā)現(xiàn)并沒有,于是開始執(zhí)行宏任務(wù)①,即第一個 setTimeout, 輸出 children2,此時,會把 Promise.resolve().then放到微任務(wù)隊列中。

宏任務(wù)①中的代碼執(zhí)行完成后,會查找微任務(wù)隊列,于是輸出 children3;然后開始執(zhí)行宏任務(wù)②,即第二個 setTimeout,輸出 children5,此時將.then放到微任務(wù)隊列中。

宏任務(wù)②中的代碼執(zhí)行完成后,會查找微任務(wù)隊列,于是輸出 children7,遇到 setTimeout,放到宏任務(wù)隊列中。此時微任務(wù)執(zhí)行完成,開始執(zhí)行宏任務(wù),輸出 children6;

最后的執(zhí)行結(jié)果如下


start

children4

children2

children3

children5

children7

children6

三. 下面代碼輸出什么

const p = function() {

   return new Promise((resolve, reject) => {

       const p1 = new Promise((resolve, reject) => {

           setTimeout(() => {

               resolve(1)

           }, 0)

           resolve(2)

       })

       p1.then((res) => {

           console.log(res);

       })

       console.log(3);

       resolve(4);

   })

}



p().then((res) => {

   console.log(res);

})

console.log('end');

執(zhí)行代碼,Promise本身是同步的立即執(zhí)行函數(shù),.then是異步執(zhí)行函數(shù)。遇到setTimeout,先把其放入宏任務(wù)隊列中,遇到p1.then會先放到微任務(wù)隊列中,接著往下執(zhí)行,輸出 3

遇到 p().then 會先放到微任務(wù)隊列中,接著往下執(zhí)行,輸出 end

同步代碼塊執(zhí)行完成后,開始執(zhí)行微任務(wù)隊列中的任務(wù),首先執(zhí)行 p1.then,輸出 2, 接著執(zhí)行p().then, 輸出 4

微任務(wù)執(zhí)行完成后,開始執(zhí)行宏任務(wù),setTimeout, resolve(1),但是此時 p1.then已經(jīng)執(zhí)行完成,此時 1不會輸出。

最后的執(zhí)行結(jié)果如下


3

end

2

4

你可以將上述代碼中的 resolve(2)注釋掉, 此時 1才會輸出,輸出結(jié)果為 3 end 4 1。


const p = function() {

   return new Promise((resolve, reject) => {

       const p1 = new Promise((resolve, reject) => {

           setTimeout(() => {

               resolve(1)

           }, 0)

       })

       p1.then((res) => {

           console.log(res);

       })

       console.log(3);

       resolve(4);

   })

}



p().then((res) => {

   console.log(res);

})

console.log('end');

3

end

4

1

最后強烈推薦幾個非常好的講解 event loop 的視頻:


What the heck is the event loop anyway? | Philip Roberts | JSConf EU

Jake Archibald: In The Loop - JSConf.Asia

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