JavaScript 关于事件循环机制的刨析

Virginia ·

更新时间:2024-11-13

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前言：

一、事件循环和任务队列产生的原因：

二、事件循环机制：

三、任务队列：

3.1 任务队列的类型：

3.2 两者区别：

3.3 更细致的事件循环过程

四、强大的异步专家 process.nextTick()

4.1 process.nextTick()在何时调用？

前言：

这次主要整理一下自己对 Js事件循环机制，同步，异步任务，宏任务，微任务的理解，大概率暂时还有些偏差或者错误。如果有，十分欢迎各位纠正我的错误！

一、事件循环和任务队列产生的原因：

首先，JS是单线程,这样设计也是具有合理性的，试想如果一边进行dom的删除，另一边又进行dom的添加，浏览器该如何处理？

引用：

“单线程即任务是串行的，后一个任务需要等待前一个任务的执行，这就可能出现长时间的等待。但由于类似ajax网络请求、setTimeout时间延迟、DOM事件的用户交互等，这些任务并不消耗 CPU，是一种空等，资源浪费，因此出现了异步。通过将任务交给相应的异步模块去处理，主线程的效率大大提升，可以并行的去处理其他的操作。当异步处理完成，主线程空闲时，主线程读取相应的callback，进行后续的操作，最大程度的利用CPU。此时出现了同步执行和异步执行的概念，同步执行是主线程按照顺序，串行执行任务；异步执行就是cpu跳过等待，先处理后续的任务（CPU与网络模块、timer等并行进行任务）。由此产生了任务队列与事件循环，来协调主线程与异步模块之间的工作。“”

二、事件循环机制：

图解：

首先把JS执行代码操作分为主线程，任务队列，任何一段js代码的执行都可以分为以下几个步骤：

步骤一：主线程读取JS代码，此时为同步环境，形成相应的堆和执行栈；
步骤二：当主线程遇到异步操作的时候，将异步操作交给对应的API进行处理；
步骤三：当异步操作处理完成，推入任务队列中
步骤四：主线程执行完毕后，查询任务队列，取出一个任务，并推入主线程进行处理
步骤五：重复步骤二、三、四

其中常见的异步操作有：ajax请求，setTimeout,还有类似onclik事件等
等

三、任务队列：

同步和异步任务分别进入不同的执行环境，同步的进入主线程，即主执行栈，异步的进入任务队列

首先，顾名思义，既然是一个队列，那么就遵循FIFO原则

如上示意图，任务队列存在多个，它们的执行顺序：

同一任务队列内，按队列顺序被主线程取走；
不同任务队列之间，存在着优先级，优先级高的优先获取（如用户I/O）

3.1 任务队列的类型：

任务队列分为 宏任务(macrotask queue) 和 微任务(microtask queue)

宏任务主要包含：script( 整体代码)、setTimeout、setInterval、I/O、UI 交互事件、setImmediate(Node.js 环境)

微任务主要包含：Promise、MutaionObserver、process.nextTick(Node.js 环境)

3.2 两者区别：

微任务microtask queue:

(1) 唯一，整个事件循环当中，仅存在一个;
(2) 执行为同步，同一个事件循环中的microtask会按队列顺序，串行执行完毕；

PS：所以利用microtask queue可以形成一个同步执行的环境

宏任务macrotask queue:

(1) 不唯一，存在一定的优先级（用户I/O部分优先级更高）
(2) 异步执行，同一事件循环中，只执行一个

3.3 更细致的事件循环过程

一、二、三、步同上

主线程查询任务队列，执行microtask queue，将其按序执行，全部执行完毕;

主线程查询任务队列，执行macrotask queue，取队首任务执行，执行完毕；

重复四、五步骤;

先用一个简单的例子加深一下理解：


console.log('1, time = ' + new Date().toString()) // 1.进入主线程，执行同步任务，输出1
setTimeout(macroCallback, 0)// 2. 加入宏任务队列 // 7.开始执行此定时器宏任务，调用macroCallback，输出4
new Promise(function (resolve, reject) {//3.加入微任务队列
  console.log('2, time = ' + new Date().toString())//4.执行此微任务中的同步代码，输出2
  resolve()
  console.log('3, time = ' + new Date().toString())//5.输出3
}).then(microCallback)// 6.执行then微任务,调用microCallback,输出5
//函数定义
function macroCallback() {
  console.log('4, time = ' + new Date().toString())
}
function microCallback() {
  console.log('5, time = ' + new Date().toString())
}

运行结果：

四、强大的异步专家 process.nextTick()

第一次看见这东西，有点眼熟啊，想了一下好像之前vue项目中用过 this.$nextTick(callback) 当时说的是当页面上元素被重新渲染之后才会执行回调函数中的代码
，不是很理解，暂时记住吧

4.1 process.nextTick()在何时调用？

任何时候在给定的阶段中调用 process.nextTick()，所有传递到 process.nextTick() 的回调将在事件循环继续之前解析

在事件循环中，每进行一次循环操作称为tick，知道了这个之后，对理解这个方法什么时候调用瞬间明白了一些！

再借用别人的例子，加深一下对事件循环的理解吧：


var flag = false // 1. 变量声明
Promise.resolve().then(() => {
  // 2. 将 then 任务分发到本轮循环微任务队列中去
  console.log('then1') // 8. 执行 then 微任务， 打印 then1，flag 此时是 true 了
  flag = true
})
new Promise(resolve => {
  // 3. 执行 Promise 里 同步代码
  console.log('promise')
  resolve()
  setTimeout(() => { // 4. 将定时器里的任务放到宏任务队列中
    console.log('timeout2') // 11. 执行定时器宏任务 这边指定了 10 的等待时长, 因此在另一个定时器任务之后执行了
  }, 10)
}).then(function () {
  // 5. 将 then 任务分发到本轮循环微任务队列中去
  console.log('then2') // 9. 执行 then 微任务， 打印 then2，至此本轮 tick 结束
})
function f1(f) {
  // 1. 函数声明
  f()
}
function f2(f) {
  // 1. 函数声明
  setTimeout(f) //  7. 把`setTimeout`中的`f`放到宏任务队列中，等本轮`tick`执行完，下一次事件循环再执行
}
f1(() => console.log('f为：', flag ? '异步' : '同步')) // 6. 打印 `f为：同步`
f2(() => {
  console.log('timeout1,', 'f为：', flag ? '异步' : '同步') // 10. 执行定时器宏任务
})
console.log('本轮宏任务执行完') // 7. 打印

运行结果：

process.nextTick 中的回调是在当前tick执行完之后，下一个宏任务执行之前调用的。

官方的例子：


let bar;
// 这个方法用的是一个异步签名，但其实它是同步方式调用回调的
function someAsyncApiCall(callback) { callback(); }
// 回调函数在`someAsyncApiCall`完成之前被调用
someAsyncApiCall(() => {
  // 由于`someAsyncApiCall`已经完成，bar没有被分配任何值
  console.log('bar', bar); // undefined
});
bar = 1;

使用 process.nextTick:


let bar;
function someAsyncApiCall(callback) {
  process.nextTick(callback);
}
someAsyncApiCall(() => {
  console.log('bar', bar); // 1
});
bar = 1;

再看一个含有 process.nextTick的例子：


console.log('1'); // 1.压入主线程执行栈，输出1
setTimeout(function () { //2.它的回调函数被加入 宏任务队列中
//7.目前微任务队列为空，所以取出 宏任务队列首项，执行此任务
    console.log('2'); // 输出2
    process.nextTick(function () { // 16.上一次循环结束，在下一次宏任务开始之前调用，输出3
        console.log('3'); 
    })
    new Promise(function (resolve) {
    //8.执行 此promise的同步任务，输出4，状态变为resolve
        console.log('4');
        resolve();
    }).then(function () {//9.检测到异步方法then，将其回调函数加入 微任务队列中
        console.log('5'); // 10. 取出微任务队列首项，也就是这个then的回调，执行，输出5
    })
})
process.nextTick(function () { // 11.一次事件循环结束，执行nextTick()的回调，输出6
    console.log('6');
})
new Promise(function (resolve) { 
//3.执行promise中的同步任务 输出7，状态变为resolve
    console.log('7');
    resolve();
}).then(function () { //4.检测到异步方法then，将其回调函数加入 微任务队列中
    console.log('8'); //6. 主线程执行完毕，取出微任务队列中首项，将其回调函数压入执行栈，输出8
})
setTimeout(function () { //5.它的回调函数 加入 宏任务队列中
//12.此刻，微任务队列为空，开始执行此宏任务
    console.log('9'); // 输出9
    process.nextTick(function () { // 17.此刻 微任务和宏任务队列都为空了，此次循环自动结束，执行此回调，输出10
        console.log('10');
    })
    new Promise(function (resolve) {
    //13. 执行此promise的同步任务，输出11，状态改变
        console.log('11');
        resolve();
    }).then(function () {//14.检测到then异步方法，加入微任务队列
        console.log('12');//15.取出微任务队列首项，执行此then微任务，输出12
    })
})

运行结果：

此过程步骤详解：

首先进入主线程，检测到log只是普通函数，压入执行栈，输出1;

检测到setTimeout为特殊的异步方法（macrotask），将其交由其他内核模块处理，setTimeout的回调函数被放入宏任务(macrotask)队列中;

检测到promise对象以及其中的resolve是一般的方法，将其同步任务压入执行栈，输出7，并且状态改变为ressolve;

检测到刚才的promise对象的then方法是异步方法，将其交由其他内核模块处理，回调函数被放入微任务(microtask)队列中;

又检测到一个setTimeout为特殊的异步方法，其回调函数被放入宏任务(macrotask)队列中;

此时，主线程空了，开始从任务队列中取，取出微任务队列首项，也就是第一个promise的then方法的回调，执行，输出8;

检查此时微任务队列为空，取出宏任务队列首项，也就是第一个setTimeOut,执行其回调函数，输出2;

在它的回调中碰到一个promise，执行其同步任务，输出4，状态改变;

然后检测到then，同上，加入到微任务队列;

取出微任务队列首项到主线程执行，也就是刚才的then，输出5;

此次循环结束，在下一个宏任务开始之前，调用第一个process.nextTick()的回调，输出6;

开始下一个宏任务，取出宏任务队列首项，也就是第二个setTimeout的回调，将其压入执行栈，输出9；

然后将里面的promise对象的同步任务压入执行栈，输出11，状态改为resolve；

这时又检测到异步then方法，同上，将其回调加入微任务队列;

取出微任务队列首项，也就是刚才的then回调，输出12;

此次循环结束,在下一次宏任务开始之前执行，process.nextTick()的回调,输出3;

此时发现任务队列和主线程都空了，此次事件循环自动结束，执行最后一个process.nextTick()的回调，输出10;

结束！趁着灵光乍现的时候，噼里啪啦赶紧记录下来，后面再检查检查是否有问题，也欢迎各位指出我的错误。

再来分析一个简单的例子：


console.log('0');
setTimeout(() => {
    console.log('1');
    new Promise(function(resolve) {
        console.log('2');
        resolve();
    }).then(()=>{
        console.log('3');
    })
    new Promise(resolve => {
        console.log('4');
        for(let i=0;i<9;i++){
            i == 7 && resolve();
        }
        console.log('5');
    }).then(() => {
        console.log('6');
    })
})

进入主线程，检测到log为普通函数，压入执行栈，输出0;

检测到setTimeOut是特殊的异步方法，交给其他模块处理，其回调函数加入宏任务(macrotask)队列;

此时主线程中已经没有任务，开始从任务队列中取;

发现为任务队列为空，则取出宏任务队列首项，也就是刚才的定时器的回调函数;

执行其中的同步任务，输出1;

检测到promise及其resolve方法是一般的方法，压入执行栈,输出2，状态改变为resolve;

检测到这个promise的then方法是异步方法，将其回调函数加入微任务队列;

紧接着又检测到一个promise，执行其中的同步任务，输出4，5，状态改变为resolve;

然后将它的then异步方法加入微任务队列;

执行微任务队列首项，也就是第一个promise的then，输出3;

再取出为任务队列首项，也就是第二个promise的then，输出6;

此时主线程和任务队列都为空，执行完毕;