深入探究JavaScript的Event Loop

Javascript是一门单线程语言

但是在运行时难免会遇到需要较长执行时间的任务如: 向后端服务器发送请求。 其他的任务不可能都等它执行完才执行的(同步)否则效率太低了, 于是异步的概念就此产生: 当遇到需要较长时间的任务时将其放入"某个地方"后继续执行其他同步任务, 等所有同步任务执行完毕后再poll(轮询)刚刚这些需要较长时间的任务并得到其结果

而处理异步任务的这一套流程就叫Event Loop即事件循环,是浏览器或Node的一种解决javaScript单线程运行时不会阻塞的一种机制, 于是更完善的说法是: Javascript是一门单线程非阻塞语言

Event Loop的结构

  • 堆(heap): 用于存放JS对象的数据结构
  • 调用栈(stack): 同步任务会按顺序在调用栈中等待主线程依次执行
  • Web API: 是浏览器/Node 用于处理异步任务的地方
  • 回调队列(callbacks queue): 经过Web API处理好的异步任务会被一次放入回调队列中, 等一定条件成立后被逐个poll(轮询)放入stack中被主线程执行

回调队列(callbacks queue)的分类

回调队列(callbacks queue)进而可以细分为

  1. 宏任务(macroTasks)

    • script全部代码、
    • setTimeout、
    • setInterval、
    • setImmediate(浏览器暂时不支持,只有IE10支持,具体可见MDN)、
    • I/O、UI Rendering
  2. 微任务(microTasks)

    • Process.nextTick(Node独有)
    • MutationObserver
    • Promise、
    • Object.observe(废弃)

Event Loop的执行顺序

  1. 首先顺序执行初始化代码(run script), 同步代码放入调用栈中执行, 异步代码放入对应的队列中
  2. 所有同步代码执行完毕后,确认调用栈(stack)是否为空, 只有stack为为空才能开始按照队列的特性轮询执行 微任务队列中的代码
  3. 只有当所有微任务队列中的任务执行完后, 才能执行宏任务队列中的下一个任务

用流程图表示:

通过题目来深入

题目1:

setTimeout(() => {
console.log(1)
}, 0)
Promise.resolve().then(
() => {
console.log(2)
}
)
Promise.resolve().then(
() => {
console.log(4)
}
)
console.log(3)
  1. 执行初始化代码

  2. 初始化代码执行完毕, 调用栈为空所以可以开始轮询执行微任务队列的代码

    1. 取出第一个任务到调用栈--打印2, 执行完后调用栈为空, 检查微任务队列是否还有任务有则执行

    2. 取出第二个任务到调用栈--打印4, 执行完后调用栈为空, 微任务队列为空, 第一个宏任务(run script)完成, 可以轮询宏任务队列的下一个任务

  3. 开始轮询执行宏任务队列中的下一个任务

于是这道题最终的结果是:

3 2 4 1

到这需要说明一个东西就是: setTimeout的回调执行是不算在run script中的, 具体原因我并未弄清, 有明白的同学欢迎解释


题目2:

setTimeout(()=>{
console.log(1)
}, 0) new Promise((resolve, reject) => {
console.log(2)
resolve()
})
.then(
() => {
console.log(3)
}
)
.then(
() => {
console.log(4)
}
)
console.log(5)
  1. 执行初始化代码

  2. 初始化代码执行完毕, 调用栈为空所以可以开始轮询执行微任务队列的代码

    1. 取出第一个任务到调用栈--打印3, 执行完后调用栈为空, 此时第一个then()返回的Promise有了状态、结果, 于是将第二个then()放入微任务队列中, 检查微任务队列是否还有任务有则执行

    1. 调用栈、微任务队列为空, 宏任务run script执行完毕

  3. 开始轮询执行宏任务队列中的下一个任务

于是这道题最终的结果是:

2 5 3 4 1

题目3:

const first = () => {
return new Promise((resolve, reject) => {
console.log(3)
let p = new Promise((resolve, reject) => {
console.log(7)
setTimeout(() => {
console.log(5)
}, 0)
resolve(1)
})
resolve(2)
p.then(
arg => {
console.log(arg)
}
)
})
} first().then(
arg => {
console.log(arg)
}
) console.log(4)
  1. 执行初始化代码

  2. 初始化代码执行完毕, 调用栈为空所以可以开始轮询执行微任务队列的代码

    1. 取出第一个任务到调用栈--打印1, 执行完后调用栈为空, 检查微任务队列是否还有任务有则执行

    1. 调用栈、微任务队列为空, 宏任务run script执行完毕

  3. 开始轮询执行宏任务队列中的下一个任务

于是这道题最终的结果是:

3 7 4 1 2 5

题目4:

setTimeout(()=>{
console.log(0)
}, 0) new Promise((resolve, reject) => {
console.log(1)
resolve()
})
.then(
() => {
console.log(2)
new Promise((resolve, reject) => {
console.log(3)
resolve()
})
.then(
() => console.log(4)
)
.then(
() => console.log(5)
)
}
)
.then(
() => console.log(6)
) new Promise((resolve, reject) => {
console.log(7)
resolve()
})
.then(
() => console.log(8)
)
  1. 执行初始化代码

  2. 初始化代码执行完毕, 调用栈为空所以可以开始轮询执行微任务队列的代码

    1. 取出第一个任务到调用栈--执行onResolved中的所有代码, 很重要的地方是此时第一个new Promise的第二个then此时会被放入微任务队列中。 执行完后调用栈为空, 检查微任务队列是否还有任务有则执行

    1. 调用栈、微任务队列为空, 宏任务run script执行完毕

  3. 开始轮询执行宏任务队列中的下一个任务

于是这道题最终的结果是:

1 7 2 3 8 4 6 5 0

题目5:

console.log('script start')

async function async1() {
await async2()
console.log('async1 end')
}
async function async2() {
console.log('async2 end')
}
async1() setTimeout(function () {
console.log('setTimeout')
}, 0) new Promise(resolve => {
console.log('Promise')
resolve()
})
.then(function () {
console.log('promise1')
})
.then(function () {
console.log('promise2')
}) console.log('script end')
  1. 执行初始化代码

  2. 初始化代码执行完毕, 调用栈为空所以可以开始轮询执行微任务队列的代码

    1. 取出第一个任务到调用栈--执行await后的所有代码, 执行完后调用栈为空, 检查微任务队列是否还有任务有则执行

    1. 调用栈、微任务队列为空, 宏任务run script执行完毕

  3. 开始轮询执行宏任务队列中的下一个任务

于是这道题最终的结果是:

script start
async2 end
Promise
script end
async1 end
promise1
promise2
setTimeout

终极题1:

<!DOCTYPE html>
<html lang="zh-CN"> <head>
<meta charset="UTF-8">
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
<meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="ie=edge">
<style>
.outer {
width: 200px;
height: 200px;
background-color: orange;
} .inner {
width: 100px;
height: 100px;
background-color: salmon;
}
</style>
</head> <body>
<div class="outer">
<div class="inner"></div>
</div> <script>
var outer = document.querySelector('.outer')
var inner = document.querySelector('.inner') new MutationObserver(function () {
console.log('mutate')
}).observe(outer, {
attributes: true,
}) function onClick() {
console.log('click') setTimeout(function () {
console.log('timeout')
}, 0) Promise.resolve().then(function () {
console.log('promise')
}) outer.setAttribute('data-random', Math.random())
} inner.addEventListener('click', onClick)
outer.addEventListener('click', onClick)
</script>
</body>
</html>
  1. 执行初始化代码

  2. 初始化代码执行完毕, 调用栈为空所以可以开始轮询执行微任务队列的代码

    1. 取出第一个任务到调用栈--打印promise, 执行完后调用栈为空, 检查微任务队列是否还有任务有则执行

    1. 调用栈、微任务队列为空, 因为存在冒泡, 所以以上操作再进行一次

  3. 宏任务run script执行完毕, 调用栈、微任务队列为空可以轮询执行宏任务队列中的下一个任务

  4. 开始轮询执行宏任务队列中的下一个任务

  5. 微任务队列、调用栈为空, 继续轮询执行宏任务队列中的下一个任务

于是这道题最终的结果是:

click
promise
mutate
click
promise
mutate
timeout
timeout

不同浏览器下的不同结果(如果你的结果在这其中, 也是对的)

这里令人迷惑的点是: outer的冒泡执行为什么比outer的setTimeout先

那是因为:

  • 首先outer的setTimeout是一个宏任务, 它进入宏任务队列时是在了run script的后面
  • inner执行到mutate后run script并没有执行完, 而是还有一个outer.click的冒泡要执行
  • 只有执行完该冒泡后, run script才真正执行完(才可以执行下一个宏任务)

终极题2:

<!DOCTYPE html>
<html lang="zh-CN"> <head>
<meta charset="UTF-8">
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
<meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="ie=edge">
<style>
.outer {
width: 200px;
height: 200px;
background-color: orange;
} .inner {
width: 100px;
height: 100px;
background-color: salmon;
}
</style>
</head> <body>
<div class="outer">
<div class="inner"></div>
</div> <script>
var outer = document.querySelector('.outer')
var inner = document.querySelector('.inner') new MutationObserver(function () {
console.log('mutate')
}).observe(outer, {
attributes: true,
}) function onClick() {
console.log('click') setTimeout(function () {
console.log('timeout')
}, 0) Promise.resolve().then(function () {
console.log('promise')
}) outer.setAttribute('data-random', Math.random())
} inner.addEventListener('click', onClick)
outer.addEventListener('click', onClick)
inner.click() // 模拟点击inner </script>
</body>
</html>
  1. 执行初始化代码, 这里与终极题1不同的地方在于: 终极题1的click是作为回调函数(dispatch), 而这里是直接同步调用的

  2. inner.click执行完毕, inner.click退栈, 由于调用栈并不为空, 所以不能轮询微任务队列, 而是继续执行run script(执行冒泡部分)

    需要注意: 由于outer.click的MutationObserver并未执行所以不会被再次添加进微任务队列中

  3. inner.click退栈, 宏任务run script执行完毕, run script也退栈 调用栈为空, 开始轮询微任务队列

  4. 调用栈、微任务队列为空, 开始轮询执行宏任务队列中的下一个任务

  5. 微任务队列、调用栈为空, 继续轮询执行宏任务队列中的下一个任务

于是这道题最终的结果是:

click
click
promise
mutate
promise
timeout
timeout

参考文章:

一次弄懂Event Loop(彻底解决此类面试问题)

Tasks, microtasks, queues and schedules

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