前端基础进阶(12):深入核心,详解事件循环机制

Event Loop

JavaScript的学习零散而庞杂,因此很多时候我们学到了一些东西,但是却没办法感受到自己的进步,甚至过了不久,就把学到的东西给忘了。为了解决自己的这个困扰,在学习的过程中,我一直试图在寻找一条核心的线索,只要我根据这条线索,我就能够一点一点的进步。

前端基础进阶正是围绕这条线索慢慢展开,而事件循环机制(Event Loop),则是这条线索的最关键的知识点。所以,我就马不停蹄的去深入的学习了事件循环机制,并总结出了这篇文章跟大家分享。

事件循环机制从整体上的告诉了我们所写的JavaScript代码的执行顺序。但是在我学习的过程中,找到的许多国内博客文章对于它的讲解浅尝辄止,不得其法,很多文章在图中画个圈就表示循环了,看了之后也没感觉明白了多少。但是他又如此重要,以致于当我们想要面试中高级岗位时,事件循环机制总是绕不开的话题。特别是ES6中正式加入了Promise对象之后,对于新标准中事件循环机制的理解就变得更加重要。这就很尴尬了。

最近有两篇比较火的文章也表达了这个问题的重要性。

这个前端面试在搞事
80% 应聘者都不及格的 JS 面试题

但是很遗憾的是,大神们告诉了大家这个知识点很重要,却并没有告诉大家为什么会这样。所以当我们在面试时遇到这样的问题时,就算你知道了结果,面试官再进一步问一下,我们依然懵逼。

在学习事件循环机制之前,我默认你已经懂得了如下概念,如果仍然有疑问,可以回过头去看看我以前的文章。

  • 执行上下文(Execution context)
  • 函数调用栈(call stack)
  • 队列数据结构(queue)
  • Promise(我会在下一篇文章专门总结Promise的详细使用与自定义封装)

因为chrome浏览器中新标准中的事件循环机制与nodejs几乎一样,因此此处就以整合nodejs一起来理解,其中会介绍到几个nodejs有,但是浏览器中没有的API,大家只需要了解就好,不一定非要知道她是如何使用。比如process.nextTick,setImmediate

OK,那我就先抛出结论,然后以例子与图示详细给大家演示事件循环机制。

  • 我们知道JavaScript的一大特点就是单线程,而这个线程中拥有唯一的一个事件循环。

    当然新标准中的web worker涉及到了多线程,我对它了解也不多,这里就不讨论了。

  • JavaScript代码的执行过程中,除了依靠函数调用栈来搞定函数的执行顺序外,还依靠任务队列(task queue)来搞定另外一些代码的执行。

队列数据结构
  • 一个线程中,事件循环是唯一的,但是任务队列可以拥有多个。
  • 任务队列又分为macro-task(宏任务)与micro-task(微任务),在最新标准中,它们被分别称为task与jobs。
  • macro-task大概包括:script(整体代码), setTimeout, setInterval, setImmediate, I/O, UI rendering。
  • micro-task大概包括: process.nextTick, Promise, Object.observe(已废弃), MutationObserver(html5新特性)
  • setTimeout/Promise等我们称之为任务源。而进入任务队列的是他们指定的具体执行任务。
  • 来自不同任务源的任务会进入到不同的任务队列。其中setTimeout与setInterval是同源的。
  • 事件循环的顺序,决定了JavaScript代码的执行顺序。它从script(整体代码)开始第一次循环。之后全局上下文进入函数调用栈。直到调用栈清空(只剩全局),然后执行所有的micro-task。当所有可执行的micro-task执行完毕之后。循环再次从macro-task开始,找到其中一个任务队列执行完毕,然后再执行所有的micro-task,这样一直循环下去。
  • 其中每一个任务的执行,无论是macro-task还是micro-task,都是借助函数调用栈来完成。

纯文字表述确实有点干涩,因此,这里我们通过2个例子,来逐步理解事件循环的具体顺序。

首先,事件循环从宏任务队列开始,这个时候,宏任务队列中,只有一个script(整体代码)任务。每一个任务的执行顺序,都依靠函数调用栈来搞定,而当遇到任务源时,则会先分发任务到对应的队列中去,所以,上面例子的第一步执行如下图所示。

首先script任务开始执行,全局上下文入栈

第二步:script任务执行时首先遇到了setTimeout,setTimeout为一个宏任务源,那么他的作用就是将任务分发到它对应的队列中。

宏任务timeout1进入setTimeout队列

第三步:script执行时遇到Promise实例。Promise构造函数中的第一个参数,是在new的时候执行,因此不会进入任何其他的队列,而是直接在当前任务直接执行了,而后续的.then则会被分发到micro-task的Promise队列中去。

因此,构造函数执行时,里面的参数进入函数调用栈执行。for循环不会进入任何队列,因此代码会依次执行,所以这里的promise1和promise2会依次输出。

promise1入栈执行,这时promise1被最先输出

resolve在for循环中入栈执行

构造函数执行完毕的过程中,resolve执行完毕出栈,promise2输出,promise1页出栈,then执行时,Promise任务then1进入对应队列

script任务继续往下执行,最后只有一句输出了globa1,然后,全局任务就执行完毕了。

第四步:第一个宏任务script执行完毕之后,就开始执行所有的可执行的微任务。这个时候,微任务中,只有Promise队列中的一个任务then1,因此直接执行就行了,执行结果输出then1,当然,他的执行,也是进入函数调用栈中执行的。

执行所有的微任务

第五步:当所有的micro-tast执行完毕之后,表示第一轮的循环就结束了。这个时候就得开始第二轮的循环。第二轮循环仍然从宏任务macro-task开始。

微任务被清空

这个时候,我们发现宏任务中,只有在setTimeout队列中还要一个timeout1的任务等待执行。因此就直接执行即可。

timeout1入栈执行

这个时候宏任务队列与微任务队列中都没有任务了,所以代码就不会再输出其他东西了。

那么上面这个例子的输出结果就显而易见。大家可以自行尝试体会。

这个例子比较简答,涉及到的队列任务并不多,因此读懂了它还不能全面的了解到事件循环机制的全貌。所以我下面弄了一个复制一点的例子,再给大家解析一番,相信读懂之后,事件循环这个问题,再面试中再次被问到就难不倒大家了。

这个例子看上去有点复杂,乱七八糟的代码一大堆,不过不用担心,我们一步一步来分析一下。

第一步:宏任务script首先执行。全局入栈。glob1输出。

script首先执行

第二步,执行过程遇到setTimeout。setTimeout作为任务分发器,将任务分发到对应的宏任务队列中。

timeout1进入对应队列

第三步:执行过程遇到setImmediate。setImmediate也是一个宏任务分发器,将任务分发到对应的任务队列中。setImmediate的任务队列会在setTimeout队列的后面执行。

进入setImmediate队列

第四步:执行遇到nextTick,process.nextTick是一个微任务分发器,它会将任务分发到对应的微任务队列中去。

nextTick

第五步:执行遇到Promise。Promise的then方法会将任务分发到对应的微任务队列中,但是它构造函数中的方法会直接执行。因此,glob1_promise会第二个输出。

先是函数调用栈的变化

然后glob1_then任务进入队列

第六步:执行遇到第二个setTimeout。

timeout2进入对应队列

第七步:先后遇到nextTick与Promise

glob2_nextTick与Promise任务分别进入各自的队列

第八步:再次遇到setImmediate。

nextTick

这个时候,script中的代码就执行完毕了,执行过程中,遇到不同的任务分发器,就将任务分发到各自对应的队列中去。接下来,将会执行所有的微任务队列中的任务。

其中,nextTick队列会比Promie先执行。nextTick中的可执行任务执行完毕之后,才会开始执行Promise队列中的任务。

当所有可执行的微任务执行完毕之后,这一轮循环就表示结束了。下一轮循环继续从宏任务队列开始执行。

这个时候,script已经执行完毕,所以就从setTimeout队列开始执行。

第二轮循环初始状态

setTimeout任务的执行,也依然是借助函数调用栈来完成,并且遇到任务分发器的时候也会将任务分发到对应的队列中去。

只有当setTimeout中所有的任务执行完毕之后,才会再次开始执行微任务队列。并且清空所有的可执行微任务。

setTiemout队列产生的微任务执行完毕之后,循环则回过头来开始执行setImmediate队列。仍然是先将setImmediate队列中的任务执行完毕,再执行所产生的微任务。

当setImmediate队列执行产生的微任务全部执行之后,第二轮循环也就结束了。

大家需要注意这里的循环结束的时间节点。

当我们在执行setTimeout任务中遇到setTimeout时,它仍然会将对应的任务分发到setTimeout队列中去,但是该任务就得等到下一轮事件循环执行了。例子中没有涉及到这么复杂的嵌套,大家可以动手添加或者修改他们的位置来感受一下循环的变化。

OK,到这里,事件循环我想我已经表述得很清楚了,能不能理解就看读者老爷们有没有耐心了。我估计很多人会理解不了循环结束的节点。

当然,这些顺序都是v8的一些实现。我们也可以根据上面的规则,来尝试实现一下事件循环的机制。

这样,我们就模拟了一个任务队列。我们还可以定义另外一个队列,利用上面的各种方式来规定他们的优先级。

因此,在老的浏览器没有支持Promise的时候,就可以利用setTimeout等方法,来模拟实现Promise,具体如何做到的,下一篇文章我们慢慢分析。

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