事件循环Event loop到底是什么

摘要：本文通过结合官方文档MDN和其他博客深入解析浏览器的事件循环机制，而NodeJS有另一套事件循环机制，不在本文讨论范围中。process.nextTick和setImmediate是NodeJS的API，所以本文也不予讨论。

首先，先了解几个概念。

Javascript到底是单线程还是多线程语言？

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Javascript是一门单线程语言。相信应该有不少朋友对于Javascript是单线程语言还有些疑问（题外话：之前在某次面试中遇到一个面试官，一来就是“我们知道JS是一门多线程语言。。。”巴拉巴拉，当时就把我给愣住了。），不是有Web
Worker可以创建多个线程吗？答案就是，Javascript是单线程的，但是他的运行环境不是单线程。要如何理解这句话，首先得从Javascript运行环境比如浏览器的多线程说起。

浏览器通常包含以下线程：

1. GUI渲染线程

   • 主要负责页面的渲染，解析HTML、CSS，构建DOM树，布局和绘制等。
   • 当界面需要重绘或者由于某种操作引发回流时，将执行该线程。
   • 该线程与JS引擎线程互斥，当执行JS引擎线程时，GUI渲染会被挂起。

2. JS引擎线程

   • 该线程负责处理Javascript脚本，执行代码。
   • 负责执行待执行的事件，比如定时器计数结束，或者异步请求成功并正确返回时，将依次进入任务队列，等待JS引擎线程执行。
   • 该线程与GUI线程互斥，当JS线程执行Javascript脚本事件过长，将导致页面渲染的阻塞。

3. 定时器触发线程

   • 负责执行异步定时器一类函数的线程，如：setTimeout，setInterval。
   • 主线程依次执行代码时，遇到定时器会将定时器交给该线程处理，当计数完毕后，事件触发线程会将计数完毕的事件回调加入到任务队列，等待JS引擎线程执行。

4. 事件触发线程

   • 主要负责将等待执行的事件回调交给JS引擎线程执行。

5. 异步http请求线程

   • 负责执行异步请求一类函数的线程，如：Promise，axios，ajax等。
   • 主线程依次执行代码时，遇到异步请求，会将函数交给该线程处理，当监听到状态码变更，如果有回调函数，事件触发线程会将回调函数加入到任务队列，等待JS引擎线程执行。

Web
Worker是浏览器为Javascript提供的一个可以在浏览器后台开启一个新的线程的API（类似上面说到浏览器的多个线程），使Javascript可以在浏览器环境中多线程运行，但这个多线程是指浏览器本身，是它在负责调度管理Javascript代码，让他们在恰当时机执行。所以Javascript本身是不支持多线程的。

异步

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Javascript的异步过程通常是这样的：

1. 主线程发起一个异步请求，异步任务接受请求并告知主线程已收到（异步函数返回）；
2. 主线程继续执行后续代码，同时异步操作开始执行；
3. 异步操作执行完成后通知主线程；
4. 主线程收到通知后，执行异步回调函数。

这个过程有个问题，异步任务各任务的执行时间过程长短不同，执行完成的时间点也不同，主线程如何调控异步任务呢？这就引入了消息队列。

栈、堆、消息队列

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栈：函数调用形成的一个由若干帧组成的栈。

堆：对象被分配在堆中，堆是一个用来表示一大块（通常是非结构化的）内存区域。

消息队列：一个Javascript运行时包含了一个待处理消息的消息队列。每一个消息都关联着一个用来处理这个消息的回调函数。在事件循环期间，运行时会从最先进入队列的消息开始处理，被处理的消息会被移出队列，并作为输入参数来调用与之关联的函数。然后事件循环在处理队列中的下一个消息。

事件循环Event loop

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了解了上述要点，现在回到主题事件循环。那么Event loop到底是什么呢？

Event loop是一个执行模型，在不同的地方有不同的实现。浏览器和NodeJS基于不同的技术实现了各自的Event loop。
现在明白为什么要把NodeJS排除在外了吧？同样网上很多Event loop的相关博文一来就是Javascript的Event loop，实际上说的都是浏览器的Event loop。
浏览器的Event loop是在Html5规范中定义的，大致总结如下：

一个事件循环里有很多个任务队列（task queues）来自不同任务源，每一个任务队列里的任务（task）都是严格按照先进先出的顺序执行的，但是不同任务队列的任务执行顺序是不确定的，浏览器会自己调度不同任务队列。也有地方把task称之为macrotask（宏任务）。

规范中还提到了microtask（微任务）的概念，以下是规范阐述的进程模型：

1. 选择当前要执行的任务队列，选择一个最先进入任务队列的任务，如果没有任务可以选择，则会跳转至microtask的执行步骤；
2. 将事件循环的当前运行任务设置为已选择的任务；
3. 运行任务；
4. 将事件循环的当前任务设置为null，将运行完的任务从任务队列中移除；
5. microtask步骤：进入microtask检查点；
6. 更新界面渲染；
7. 返回第一步。

执行进入microtask检查点时，用户代理会执行以下步骤：

1. 设置进入microtask检查点的标志为true；
2. 当事件循环的微任务队列不为空时：选择一个最先进入microtask队列的microtask，设置事件循环当前运行任务为此microtask；
3. 运行microtask；
4. 设置事件循环当前运行任务为null，将运行结束的microtask从microtask队列中移除；
5. 对于相应事件循环的每个环境设置对象，通知它们哪些promise为rejected；
6. 清理indexedDB的事务；
7. 设置进入microtask检查点的标志为false。

由上可总结为：在事件循环中，用户代理会不断从task队列中按顺序取task执行，每执行完一个task都会检查microtask队列是否为空（执行完一个task的具体标志时函数执行栈为空），如果不为空则会一次性执行完所有microtask。然后再进入下一个循环去task队列中取下一个task执行。

task/macrotask（宏任务）

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

microtask（微任务）

• Promise.then catch finally
• MutationObserver

来看一个例子：

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');

运行结果是：

script start
script end
promise1
promise2
setTimeout

那么问题来了，不是说每个事件循环开始会从task队列取最先进入的task执行，然后再执行所有microtask吗？为什么setTimeout是task却在Promise.then这个task的前面呢？反正我一开始是有这个疑惑的，很多文章都没有说清楚这个具体执行的顺序，大部分都是在描述规范的时候说的是“每个事件循环开始会从task队列中取一个task执行，然后再执行所有microtask”，但是也有部分文章说的是“每个事件循环开始都是先执行所有microtask”。经过本人多方查证，规范里的描述如上确实就是每个事件循环都是先执行task，那为什么上面例子里面体现出来的是先执行所有microtask呢？

script（整体代码）属于task。

来看一下上面例子的详细执行过程：

1. 事件循环开始，task队列中只有一个script，选择script作为事件循环的已选择任务；
2. script按顺序执行，同步代码直接输出（script start、script end）；
3. 遇到setTimeout，0ms后将回调函数放入task队列；
4. 遇到Promise，将第一个then的回调函数放入microtask队列；
5. 当所有script代码执行完成后，此时函数执行栈为空，开始检查microtask队列，队列只有第一个.then的回调函数，执行输出“promise1”，由于第一个.then返回的依然是promise，所以第二个.then的回调会放入microtask队列继续执行，输出“promise2”；
6. 此时microtask队列空了，进入下一个事件循环，检查task队列取出setTimeout回调函数，执行输出“setTimeout”，代码执行完成。

这样是不是清楚了？所以实际上一开始执行script代码的时候就已经开始事件循环了，这就解释了为什么好像每次都是先执行所有的microtask。同时，这个例子中还引申出一个要点：在执行microtask任务的时候，如果又产生了新的microtask，那么会继续添加到队列的末尾，且也会在这个事件循环周期执行，直到microtask队列为空为止。