深入理解Event Loop的运行机制

一、Event Loop是什么

Event Loop即事件循环,是指浏览器或Node.js的一种解决javaScript单线程运行时不会阻塞的一种机制,也就是我们经常使用异步的原理。
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Node.js基于不同的技术实现了各自的Event Loop。

二、宏任务和微任务

宏任务,macrotask,也叫tasks。一些异步任务的回调会依次进入macrotask queue,还有一部分会进入其他的队列,等待后续被调用,这些异步任务包括:

  • setTimeout
  • setInterval
  • setImmediate(Node和最新版本IE独有)
  • I/O
  • requestAnimationFrame
  • requestIdleCallback

微任务,microtask, 也叫jobs。另一些异步任务的回调会依次进入microtask queue,等待后续被调用,这些异步任务包括:

  • process.nextTick(Node独有)
  • Promise.then
  • Object.observe
  • MutationObserver
    (注:这里只针对浏览器和Node.js)

三、Event Loop运行机制

浏览器的Event Loop的执行过程:

1.执行全局script的同步代码。
2.执行微任务队列中的所有任务。
3.开始执行macrotask宏任务,从宏任务队列中取一个任务出来执行,然后又执行所有的微任务,执行的流程为:执行一个宏任务 -> 步骤2 -> 执行一个宏任务 -> 步骤2 -> 执行一个宏任务...

Node.js的Event Loop的执行过程:

1.执行全局script的同步代码。
2.执行所有microtask微任务,先执行Next Tick Queue中的所有任务,从Next Tick Queue中依次取出任务放入调用栈中执行,再执行Other Microtask Queue中的所有任务,也是从Other Microtask Queue中依次取出任务放入调用栈中执行。
3.开始执行macrotask宏任务,共6个阶段,从第1个阶段开始执行相应每一阶段macrotask中的所有任务(在浏览器的Event Loop中是每次只取宏任务队列中的一个任务出来执行,然后又执行所有的微任务),每一个阶段的macrotask执行完毕后,又开始执行所有微任务,执行的流程为:Timers Queue -> 步骤2 -> I/O Queue -> 步骤2 -> Check Queue -> 步骤2 -> Close Callback Queue -> 步骤2 -> Timers Queue ...

注意:在较新版本11.0中, Node.js为了向浏览器靠齐,对底部进行了修改,Node11及之后版本已经把在timer阶段的setTimeout,setInterval...和在check阶段的setImmediate都修改为一旦执行完一个阶段里的一个任务就立刻执行微任务队列。

四、细节特性

NodeJS中微任务有两种,分别是process.nextTick和promise.then,那么这两个谁先执行呢?

 Promise.resolve(‘123’).then(res=>{console.log(res)})
 Process.nextTick(()=>{console.log(‘nextTick’)})
 // 运行结果:
 // nextTick 
 // 123

解释:
promise.then虽然和process.nextTick一样,都将回调函数注册到microtask微任务中,但优先级不一样,process.nextTick的microtask queue总是优先于promise的microtask queue执行。

setTimeout和setImmediate
在Node中,setTimeout和setImmediate执行顺序不固定 取决于Node的准备时间。

 setTimeout(() => {
    console.log(‘setTimeout’)
 }, 0)
 setImmediate(() => {
    console.log(‘setImmediate’)
 })
 // 运行结果:
 // setImmediate
 // setTimeout
 // 或者
 // setTimeout
 // setImmediate

解释:
setTimeout/setInterval的第二个参数取值范围是:[1, 2^31 - 1],如果超过这个范围则会初始化为1,即setTimeout(fn, 0) === setTimeout(fn, 1)。
我们知道setTimeout的回调函数在timer阶段执行,setImmediate的回调函数在check阶段执行,Event Loop开始会先检查timer阶段,但是在开始之前到timer阶段会消耗一定时间,所以就会出现两种情况:
1.timer前的准备时间超过1ms,满足loop(time >= 1),则执行timer阶段(setTimeout)的回调函数
2.timer前的准备时间小于1ms,则不满足loop(time < 1),会先执行check阶段(setImmediate)的回调函数,下一次Event Loop执行timer阶段(setTimeout)的回调函数。

五、面试题解析

 console.log('1');

 setTimeout(function(){
    console.log('2');
    process.nextTick(function(){
       console.log('3')
    })
    new Promise(function(resolve){
        console.log('4');
        resolve();
    }).then(function(){
        console.log('5');
    })
 })

 new Promise(function(resolve){
    console.log('6');
    resolve();
 }).then(function(){
    console.log('7');
 })

 process.nextTick(function(){
    console.log('8');
 })

 setTimeout(function(){
    console.log('9');
    process.nextTick(function(){
       console.log('10')
    })
    new Promise(function(resolve){
       console.log('11');
       resolve();
    }).then(function(){
       console.log('12');
    })
 })

 console.log('13');

问:将以上代码放在Node环境中(v11.0以下)运行,打印结果是什么?
答:1 6 13 8 7 2 4 9 11 3 10 5 12

解析:先执行同步代码,new Promise中的函数的代码是同步代码,Promise.then方法中函数的代码才是异步的,所以第一轮循环同步代码打印结果为:1 6 13,然后再看第一轮循环的微任务,微任务总是会追加到本轮循环的末尾执行,微任务中先执行process.nextTick,再执行Promise.then,所以第一轮循环打印结果为:1 6 13 8 7,此时第一轮微任务全都执行完了,就该进入第二轮循环执行宏任务了,宏任务分6个阶段,这里只有Timer,所以打印结果为:1 6 13 8 7 2 4 9 11,然后执行第二轮的微任务,最后的打印结果为:1 6 13 8 7 2 4 9 11 3 10 5 12。

六、总结

1.Promise构造函数里的代码是同步执行的,Promise.then里的代码才是异步的。
2.不同环境中Event Loop的运行机制不同,所以不同环境中JS的运行结果也有可能不一致。
3.Node.js可以理解成有4个宏任务队列和2个微任务队列,但是执行宏任务时有6个阶段。

结语:这篇文章中只是介绍了像setTimeout和setInterval这些进入macrotask queue队列的宏任务的执行顺序,想要了解更多,比如requestAnimationFrame和requestIdleCallback的执行时机,可以看我的另一篇文章(requestAnimationFrame和requestIdleCallback是宏任务还是微任务), 希望本文章能对你有所帮助,文中有哪里不对的地方,欢迎大家指正,最后感谢大家的支持。

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