JS事件循环机制

Mr.Tommya大约 10 分钟

JS事件循环机制

[1] 本文主要根据网上资源总结而来，如有不对，请斧正。 [2] 需要知道的专业名词术语：synchronous：同步任务、asynchronous：异步任务、task queue/callback queue：任务队列、execution context stack：执行栈、heap：堆、stack：栈、macro-task：宏任务、micro-task：微任务

首先我们要知道两点：

JavaScript 是单线程的语言
Event Loop 是 javascript 的执行机制

javascript 事件循环

js 是单线程，就像学生排队上厕所，学生需要排队一个一个上厕所，同理 js 任务也要一个一个顺序执行。如果一个任务耗时过长，那么后一个任务也必须等着。那么问题来了，假如我们想浏览新闻，但是新闻包含的超清图片加载很慢，难道我们的网页要一直卡着直到图片完全显示出来？因此聪明的程序员将任务分为两类：

同步任务
异步任务

从图片可知，一个方法执行会向执行栈中加入这个方法的执行环境，在这个执行环境中还可以调用其他方法，甚至是自己，其结果不过是在执行栈中再添加一个执行环境。这个过程可以是无限进行下去的，除非发生了栈溢出，即超过了所能使用内存的最大值。

当我们打开网站时，网页的渲染过程就是一大堆同步任务，比如页面骨架和页面元素的渲染。而像加载图片音乐之类占用资源大耗时久的任务，就是异步任务。关于这部分有严格的文字定义，但本文的目的是用最小的学习成本彻底弄懂执行机制

先看一段代码：

console.log('script start');

setTimeout(function() {
  console.log('setTimeout');
}, 0);

Promise.resolve().then(function() {
  console.log('promise1');
}).then(function() {
  console.log('promise2');
});

console.log('script end');

打印顺序是什么？正确答案是：script start, script end, promise1, promise2, setTimeout 已蒙圈。。。

为什么会出现这样打印顺序呢？

如下导图（此图从网站下载）

解读：

同步和异步任务分别进入不同的执行 "场所"，同步的进入主线程，异步的进入 Event Table 并注册函数
当指定的事情完成时，Event Table 会将这个函数移入 Event Queue。
主线程内的任务执行完毕为空，会去 Event Queue 读取对应的函数，进入主线程执行。
上述过程会不断重复，也就是常说的 Event Loop(事件循环)。

我们不禁要问了，那怎么知道主线程执行栈为空呢？js 引擎存在 monitoring process 进程，会持续不断的检查主线程执行栈是否为空，一旦为空，就会去 Event Queue 那里检查是否有等待被调用的函数。

看代码：

let data = [];
$.ajax({
    url:www.javascript.com,
    data:data,
    success:() => {
        console.log('发送成功!');
    }
})
console.log('代码执行结束');

上面是一段简易的 ajax 请求代码：

ajax 进入 Event Table，注册回调函数 success。
执行 console.log('代码执行结束')。
ajax 事件完成，回调函数 success 进入 Event Queue。
主线程从 Event Queue 读取回调函数 success 并执行。

相信通过上面的文字和代码，你已经对 js 的执行顺序有了初步了解。

微任务 (Microtasks)、宏任务 (task)？

微任务和宏任务皆为异步任务，它们都属于一个队列，主要区别在于他们的执行顺序，Event Loop 的走向和取值。那么他们之间到底有什么区别呢？

一个掘金的老哥（ssssyoki）的文章摘要：那么如此看来我给的答案还是对的。但是 js 异步有一个机制，就是遇到宏任务，先执行宏任务，将宏任务放入 eventqueue，然后在执行微任务，将微任务放入 eventqueue 最骚的是，这两个 queue 不是一个 queue。当你往外拿的时候先从微任务里拿这个回掉函数，然后再从宏任务的 queue 上拿宏任务的回掉函数。我当时看到这我就服了还有这种骚操作。

而宏任务一般是：包括整体代码 script，setTimeout，setInterval、setImmediate。
微任务：原生 Promise(有些实现的 promise 将 then 方法放到了宏任务中)、process.nextTick、Object.observe(已废弃)、 MutationObserver 记住就行了。
process 是什么？

不废话，看以下例子：

setTimeout

大名鼎鼎的 setTimeout 无需再多言，大家对他的第一印象就是异步可以延时执行，我们经常这么实现延时 3 秒执行：

setTimeout(() => {
    console.log('延时3秒');
},3000)

渐渐的 setTimeout 用的地方多了，问题也出现了，有时候明明写的延时 3 秒，实际却 5，6 秒才执行函数，这又咋回事啊？

setTimeout(() => {
    task();
},3000)
console.log('执行console');

根据前面我们的结论，setTimeout 是异步的，应该先执行 console.log 这个同步任务，所以我们的结论是：

// 执行console
// task()

去验证一下，结果正确！然后我们修改一下前面的代码：

setTimeout(() => {
    task()
},3000)

sleep(10000000)

乍一看其实差不多嘛，但我们把这段代码在 chrome 执行一下，却发现控制台执行 task() 需要的时间远远超过 3 秒，说好的延时三秒，为啥现在需要这么长时间啊？这时候我们需要重新理解setTimeout的定义。我们先说上述代码是怎么执行的：

task() 进入 Event Table 并注册, 计时开始。
执行 sleep 函数，很慢，非常慢，计时仍在继续。
3 秒到了，计时事件 timeout 完成，task() 进入 Event Queue，但是 sleep 也太慢了吧，还没执行完，只好等着。
sleep 终于执行完了，task() 终于从 Event Queue 进入了主线程执行。

上述的流程走完，我们知道 setTimeout 这个函数，是经过指定时间后，把要执行的任务 (本例中为 task()) 加入到 Event Queue 中，又因为是单线程任务要一个一个执行，如果前面的任务需要的时间太久，那么只能等着，导致真正的延迟时间远远大于 3 秒。

我们还经常遇到setTimeout(fn,0)这样的代码，0 秒后执行又是什么意思呢？是不是可以立即执行呢？答案是不会的，setTimeout(fn,0)的含义是，指定某个任务在主线程最早可得的空闲时间执行，意思就是不用再等多少秒了，只要主线程执行栈内的同步任务全部执行完成，栈为空就马上执行。举例说明：

//代码1
console.log('先执行这里');
setTimeout(() => {
    console.log('执行啦')
},0);

//代码2
console.log('先执行这里');
setTimeout(() => {
    console.log('执行啦')
},3000);

代码 1 的输出结果是：

先执行这里
执行啦

代码 2 的输出结果是：

//先执行这里
// ... 3s later
// 执行啦

关于 setTimeout 要补充的是，即便主线程为空，0 毫秒实际上也是达不到的。根据 HTML 的标准，最低是 4 毫秒。有兴趣的同学可以自行了解。

setInterval

上面说完了setTimeout，当然不能错过它的孪生兄弟setInterval。他俩差不多，只不过后者是循环的执行。对于执行顺序来说，setInterval会每隔指定的时间将注册的函数置入 Event Queue，如果前面的任务耗时太久，那么同样需要等待。

唯一需要注意的一点是，对于setInterval(fn,ms)来说，我们已经知道不是每过 ms 秒会执行一次 fn，而是每过 ms 秒，会有 fn 进入 Event Queue。一旦 setInterval 的回调函数 fn 执行时间超过了延迟时间 ms，那么就完全看不出来有时间间隔了。这句话请读者仔细品味。

Promise 与 process.nextTick(callback)

Promise 的定义和功能本文不再赘述，可以学习一下阮一峰老师的 Promise
而 process.nextTick(callback) 类似 node.js 版的 "setTimeout"，在事件循环的下一次循环中调用 callback 回调函数。

不同类型的任务会进入对应的 Event Queue，比如`setTimeout`和`setInterval`会进入相同的 Event Queue。

看例子：

setTimeout(()=>{
  console.log('setTimeout1')
},0)
let p = new Promise((resolve,reject)=>{
  console.log('Promise1')
  resolve()
})
p.then(()=>{
  console.log('Promise2')    
})

最后输出结果是 Promise1，Promise2，setTimeout1

Promise 参数中的 Promise1 是同步执行的其次是因为 Promise 是 microtasks，会在同步任务执行完后会去清空 microtasks queues，最后清空完微任务再去宏任务队列取值。

Promise.resolve().then(()=>{
  console.log('Promise1')  
  setTimeout(()=>{
    console.log('setTimeout2')
  },0)
})

setTimeout(()=>{
  console.log('setTimeout1')
  Promise.resolve().then(()=>{
    console.log('Promise2')    
  })
},0)

这回是嵌套，大家可以看看，最后输出结果是 Promise1，setTimeout1，Promise2，setTimeout2

一开始执行栈的同步任务执行完毕，会去 microtasks queues 找清空 microtasks queues ，输出Promise1，同时会生成一个异步任务 setTimeout1
去宏任务队列查看此时队列是 setTimeout1 在 setTimeout2 之前，因为 setTimeout1 执行栈一开始的时候就开始异步执行, 所以输出 setTimeout1
在执行 setTimeout1 时会生成 Promise2 的一个 microtasks ，放入 microtasks queues 中，接着又是一个循环，去清空 microtasks queues ，输出 Promise2
清空完 microtasks queues ，就又会去宏任务队列取一个，这回取的是 setTimeout2

如下图：

最后我们来分析一段较复杂的代码，看看你是否真的掌握了 js 的执行机制：

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

第一轮事件循环流程分析如下：

整体 script 作为第一个宏任务进入主线程，遇到 console.log，输出1。
遇到 setTimeout，其回调函数被分发到宏任务 Event Queue 中。我们暂且记为setTimeout1。
遇到 process.nextTick()，其回调函数被分发到微任务 Event Queue 中。我们记为process1。
遇到 Promise，new Promise 直接执行，输出 7。then 被分发到微任务 Event Queue 中。我们记为then1。
又遇到了 setTimeout，其回调函数被分发到宏任务 Event Queue 中，我们记为setTimeout2。

宏任务 Event Queue	微任务 Event Queue
setTimeout1	process1
setTimeout2	then1

上表是第一轮事件循环宏任务结束时各 Event Queue 的情况，此时已经输出了1和7。

我们发现了 process1 和 then1 两个微任务。

执行 process1, 输出6。
执行 then1，输出8。

好了，第一轮事件循环正式结束，这一轮的结果是输出1，7，6，8。那么第二轮时间循环从 setTimeout1 宏任务开始：

首先输出2。接下来遇到了 process.nextTick()，同样将其分发到微任务 Event Queue 中，记为 process2。
new Promise 立即执行输出4，then 也分发到微任务 Event Queue 中，记为 then2

宏任务 Event Queue	微任务 Event Queue
setTimeout2	process3
	then3

第三轮事件循环宏任务执行结束，执行两个微任务 process3 和 then3。
输出10。
输出12。
第三轮事件循环结束，第三轮输出9，11，10，12。
整段代码，共进行了三次事件循环，完整的输出为1，7，6，8，2，4，3，5，9，11，10，12。(请注意，node 环境下的事件监听依赖 libuv 与前端环境不完全相同，输出顺序可能会有误差)

结尾

希望大家看了本篇文章都有收获 ...