大师课-事件循环(又叫消息循环message loop)

转自:浅谈JavaScript事件循环_1rving的博客-CSDN博客
内容是渡一袁老师大师课:《WEB前端大师课》-学习视频教程-腾讯课堂 (qq.com)

所以JavaScript是单线程,事件循环的本质也就是一个消息队列,这是一个无线循环队列,只要队列中有任务就会被放入至渲染主线程中执行。

进程

首先我们了解一下浏览器的进程模型。那么何为进程?

进程:每个程序在运行时都需要有它自己专属的内存空间,我们可以简单的把这块内存空间理解为进程。



每一个应用都至少有一个进程,进程之间是相互独立的,即使要通信,也需要双方的同意。

线程

那么什么又是线程呢?

线程可以理解为进程下面的孩子,上面说的一个程序只要有一个进程,所以在进程开启后会自动创建一个线程来运行代码,该线程称之为主线程。

如果程序需要同时执行多块代码,主线程就会启动更多的线程来执行代码,所以一个进程中又可以包含多个线程。


浏览器中有哪些进程和线程

浏览器实质上是一个多进程多线程的应用程序

浏览器在运行时为了避免相互影响,减少奔溃的几率,当启动浏览器后,他会自动启动多个进程。



可以打开浏览器的任务管理器查看当前的所有进程。

其中,最主要的进程有:

浏览器进程:

主要负责界面显示、用户交互、子进程管理等。浏览器进程内部会启用多个线程处理不同的任务。

网络线程

负责加载网络资源。网络进程内部会启动多个线程来处理不同的网络任务。

渲染进程

渲染进程启动后,会开启一个渲染主线程,主线程负责执行HTML、CSS、JS代码。

默认情况下,浏览器会为每个标签页开启一个新的渲染进程,以保证不同的标签页之前不相互影响。

渲染主线程

下面围绕渲染进程来展开说明,到底是如何渲染的。

因为渲染主线程是浏览器中最繁忙的线程,需要它处理的任务包括但不限于:

解析HTML
解析CSS
计算样式
布局
处理图层
每秒把页面刷新60次
执行全局JS代码
执行事件处理函数
执行计时器回调函数
....
为什么渲染进程不适用多个线程来处理这些事情?

虽然现在所有的计算机都拥有多核CPU,但是渲染进程通常只使用单线程来处理任务。因为如果使用多线程会带来一些问题,包括但不限于以下几点:

多线程竞争:如果先渲染过程中,多个线程同时修改同一个数据,就会发生竞争条件,导致数据不一致或者程序崩溃。在渲染进程中,有很多操作是需要修改DOM树、样式表等。这些操作如果使用多线程就会导致竞争条件。
多线程通信:多个线程之间需要共享数据或者通信,这需要额外的开销和复杂性,容易导死锁和性能问题。在渲染进程中,多个线程需要共享的数据非常多,例如DOM树、样式表、事件等,这些数据的共享和通信非常复杂。
多线程调度:多个线程的执行顺序需要调度,这需要额外的开销和复杂性,容易导致死锁和性能问题。在渲染进程中,多个线程的执行顺序需要调度,例如渲染线程需要等待布局线程和合成线程的数据才能开始工作,这些调度会导致性能下降。
所以,渲染进程不适用多个线程来处理任务,为了避免竞争条件、通信复杂性和调度开销等问题。相反,渲染进程采用单线程模型,通过事件循环机制来协调异步任务和同步任务的执行顺序,从而提高性能和稳定性。同时,为了充分利用多核CPU,现代浏览器会采用多进程模型。将渲染进程和其他进程分开,通过IPC通信机制来共享数据和调度任务,从而实现更高效的浏览器运行。

那么要处理这么多任务的话,主线程遇到了一个前所未有的难题:它是如何调度任务的?

比如:

我正在执行一个 JS 函数,执行到一半的时候用户点击了按钮,我该立即去执行点击事件的处理函数吗?
我正在执行一个 JS 函数,执行到一半的时候某个计时器到达了时间,我该立即去执行它的回调吗?
浏览器进程通知我“用户点击了按钮”,与此同时,某个计时器也到达了时间,我应该处理哪一个呢?
于是渲染主线程想出了一个绝妙的注意来处理这个棘手的问题:排队

  1. 最开始,渲染主线程会进入一个无限循环
  2. 在每一次循环会检查消息队列中是否有任务存在。如果有,就取出第一个任务执行,执行完后进入下一次循环;如果没有,则进入休眠状态。
  3. 其他所有线程(包括其他进程的线程),可以随时向消息队列添加任务。新任务会加到消息队列的末尾,在添加新任务时,如果主线程是休眠状态,则会将其唤醒以继续循环拿取任务。

这样一来,就可以让每个任务都有条不紊的、持续的进行下去了。

这个过程,被称之为事件循环(消息循环)

异步

那么什么又是异步呢?

在代码执行过程中,会遇到一些无法立即处理的任务,比如:

计时完成后需要执行的任务--setTimeout、setInterval
网络通信完成后需要执行的任务 -- XHR、Fetch
用户操作后需要执行的任务 -- addEventListener
如果让渲染主线程等到这些任务的时机达到,就会导致主线程长期处于【阻塞】状态,从而导致浏览器【卡死】



但是渲染主线程就是浏览器和用户交互的命,它承担着极其重要的任务,它无论如何都不能阻塞!

想想用户遇到一个5秒异步任务,需要静静的在电脑面前等待5秒才能有反应的场景。。。

产品经理和用户都会带着刀来吧⚠️

所以,浏览器选择异步来解决这个问题,如下图所示,当遇到一个计时任务时,会立即开启一个计时线程,然后紧接着执行消息队列的下一个任务,当计时器结束后将回调函数放入消息队列末尾,依次排序进入渲染主线程中。


使用异步的方式,渲染主线程用不阻塞

如何理解JS的异步?

JavaScript是一门单线程的语言,因为他运行在浏览器的渲染主线程中,而渲染主线程只有一个。

而渲染主线程承担着诸多的任务,如渲染页面、执行JS都在其中运行。

如果使用同步的方式,就既有可能导致主线程产生阻塞,从而导致消息队列中很多其他任务无法得到执行。一方面导致繁忙的主线程白白消耗时间,另一方面导致页面无法及时更新,给用户造成页面卡死现象。

所以浏览器采用异步的方式来避免。具体做法时当某些任务发生时,比如计时器、网络、事件监听。主线程任务交给其他线程去处理,自身立即结束任务的执行,转而执行后续代码。当其他线程完成时,将事先传递的回调函数包装成任务,加入到消息队列的末尾排队,等到主线程调度执行。

在这种异步模式下,浏览器用不阻塞,从而最大限度的保证了单线程的流畅运行。

JS为何会阻碍渲染?

<h1>Zkiki hello world!</h1>
<button>change</button>
<script>
  var h1 = document.querySelector('h1');
  var btn = document.querySelector('button');
 
  // 死循环指定的时间
  function delay(duration) {
    var start = Date.now();
    while (Date.now() - start < duration) {}
  }
 
  btn.onclick = function () {
    h1.textContent = 'Zkiki 你好世界!';
    delay(3000);
  };
</script>

用户点击btn按钮事件,执行了onclick事件,首先执行更改了h1的内容,然后执行delay函数,进入死循环3秒,此三秒由于JavaScript是单线程,所以无法执行其他任务(渲染页面),等待3秒后,onclick方法全部执行完成,h1的内容才会在页面上更新。

那么任务会有优先级吗?

任务没有优先级,在消息队列中先进先出

但是消息队列是有优先级的

根据 W3C 的最新解释:

每个任务都有一个任务类型,同一个类型的任务必须在一个队列,不同类型的任务可以分属于不同的队列。在一次事件循环中,浏览器可以根据实际情况从不同的队列中取出任务执行。
浏览器必须准备好一个微队列,微队列中的任务优先所有其他任务执行HTML Standard
随着浏览器的复杂度急剧提升,W3C 不再使用宏队列的说法

在目前 chrome 的实现中,至少包含了下面的队列:

  • 延时队列:用于存放计时器到达后的回调任务,优先级「中」
  • 交互队列:用于存放用户操作后产生的事件处理任务,优先级「高」
  • 微队列:用户存放需要最快执行的任务,优先级「最高」
    添加任务到微队列 的主要方式主要使用的是Promise、MutationObserver

比如:

// 立即把一个函数添加到微队列
 
Promise.resolve().then(函数)
练习
setTimeout(function () {
  console.log(1);
}, 0);
 
Promise.resolve().then(function () {
  console.log(2);
});
 
console.log(3);
// 3 2 1

首先按照顺序执行setTimeout会加入到延时队列,Promise执行会加入到微队列,然后执行输入3,接着按照消息队列的优先级依次输入2和1

function a() {
  console.log(1);
  Promise.resolve().then(function () {
    console.log(2);
  });
}
setTimeout(function () {
  console.log(3);
}, 0);
 
Promise.resolve().then(a);
 
console.log(5);

首先按照顺序执行setTimeout加入延时队列,Promise执行会加入到微队列,然后执行输入5,接着执行为队列中a函数,输出a函数的1,再接着执行a函数中的Promise加入到为队列输出2,最后执行延时队列输出3

<body>
    <button id="begin">开始</button>
    <button id="interaction">添加交互任务</button>
    <script>
      // 死循环指定的时间
      function delay(duration) {
        var start = Date.now();
        while (Date.now() - start < duration) {}
      }
 
      function addDelay() {
        console.log('添加延时队列');
        setTimeout(() => {
          console.log('延时队列执行');
        }, 100);
        delay(2000);
      }
 
      function addInteraction() {
        console.log('添加交互队列');
        interaction.onclick = function () {
          console.log('交互队列执行');
        };
        delay(2000);
      }
 
      begin.onclick = function () {
        addDelay();
        addInteraction();
        console.log('===========');
      };
    </script>
  </body>
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