欢迎您访问程序员文章站本站旨在为大家提供分享程序员计算机编程知识!
您现在的位置是: 首页  >  IT编程

深入理解JavaScript的事件循环(Event Loop)

程序员文章站 2022-07-07 20:41:31
一、什么是事件循环 JS的代码执行是基于一种事件循环的机制,之所以称作事件循环,MDN给出的解释为 因为它经常被用于类似如下的方式来实现 如果当前没有任何消息queue.waitForMessage 会等待同步消息到达 我们可以把它当成一种程序结构的模型,处理的方案。更详细的描述可以查看 这篇文章 ......

 

一、什么是事件循环

JS的代码执行是基于一种事件循环的机制,之所以称作事件循环,MDN给出的解释为

因为它经常被用于类似如下的方式来实现

while (queue.waitForMessage()) {
  queue.processNextMessage();
}

如果当前没有任何消息queue.waitForMessage 会等待同步消息到达

我们可以把它当成一种程序结构的模型,处理的方案。更详细的描述可以查看

而JS的运行环境主要有两个:浏览器Node

在两个环境下的Event Loop实现是不一样的,在浏览器中基于  来实现,不同浏览器可能有小小区别。在Node中基于  这个库来实现

 JS是单线程执行的,而基于事件循环模型,形成了基本没有阻塞(除了alert或同步XHR等操作)的状态

 

 二、Macrotask 与 Microtask

根据 ,每个线程都有一个事件循环(Event Loop),在浏览器中除了主要的页面执行线程 外,Web worker是在一个新的线程中运行的,所以可以将其独立看待。

每个事件循环有至少一个任务队列(Task Queue,也可以称作Macrotask宏任务),各个任务队列中放置着不同来源(或者不同分类)的任务,可以让浏览器根据自己的实现来进行优先级排序

以及一个微任务队列(Microtask Queue),主要用于处理一些状态的改变,UI渲染工作之前的一些必要操作(可以防止多次无意义的UI渲染)

主线程的代码执行时,会将执行程序置入执行栈(Stack)中,执行完毕后出栈,另外有个堆空间(Heap),主要用于存储对象及一些非结构化的数据

深入理解JavaScript的事件循环(Event Loop)

一开始

宏任务与微任务队列里的任务随着:任务进栈、出栈、任务出队、进队之间交替着进行

从macrotask队列中取出一个任务处理,处理完成之后(此时应该是空的),从microtask队列中一个个按顺序取出所有任务进行处理,处理完成之后进入UI渲染后续工作

需要注意的是:microtask并不是在macrotask完成之后才会触发,在回调函数之后,只要执行栈是空的,就会执行microtask。也就是说,macrotask执行期间,执行栈可能是空的(比如在冒泡事件的处理时)

然后循环继续

常见的macrotask有:

  • run <script>(同步的代码执行)

  • setTimeout
  • setInterval

  • setImmediate (Node环境中)

  • requestAnimationFrame

  • I/O

  • UI rendering

 

常见的microtask有:

  • process.nextTick (Node环境中)

  • Promise callback

  • Object.observe (基本上已经废弃)

  • MutationObserver

 

macrotask种类很多,还有 dispatch event事件派发等

run <script>这个可能看起来比较奇怪,可以把它看成一段代码(针对单个<script>标签)的同步顺序执行,主要用来描述执行程序的第一步执行

dispatch event主要用来描述事件触发之后的执行任务,比如用户点击一个按钮,触发的onClick回调函数。需要注意的是,事件的触发是同步的,这在下文有例子说明

 

注:

当然,也可认为 run <script>不属于macrotask,毕竟规范也没有这样的说明,也可以将其视为主线程上的同步任务,不在主线程上的其他部分为异步任务

 

三、在浏览器中的实现

先来看看这段蛮复杂的代码,思考一下会输出什么

            console.log('start');

            var intervalA = setInterval(() => {
                console.log('intervalA');
            }, 0);

            setTimeout(() => {
                console.log('timeout');

                clearInterval(intervalA);
            }, 0);

            var intervalB = setInterval(() => {
                console.log('intervalB');
            }, 0);

            var intervalC = setInterval(() => {
                console.log('intervalC');
            }, 0);

            new Promise((resolve, reject) => {
                console.log('promise');

                for (var i = 0; i < 10000; ++i) {
                    i === 9999 && resolve();
                }

                console.log('promise after for-loop');
            }).then(() => {
                console.log('promise1');
            }).then(() => {
                console.log('promise2');

                clearInterval(intervalB);
            });

            new Promise((resolve, reject) => {
                setTimeout(() => {
                    console.log('promise in timeout');
                    resolve();
                });

                console.log('promise after timeout');
            }).then(() => {
                console.log('promise4');
            }).then(() => {
                console.log('promise5');

                clearInterval(intervalC);
            });

            Promise.resolve().then(() => {
                console.log('promise3');
            });

            console.log('end');    

上述代码结合了常规执行代码,setTimeout,setInterval,Promise 

答案为

深入理解JavaScript的事件循环(Event Loop)

 

 在解释为什么之前,先看一个更简单的例子

            console.log('start');

            setTimeout(() => {
                console.log('timeout');
            }, 0);

            Promise.resolve().then(() => {
                console.log('promise');
            });

            console.log('end');    

 大概的步骤,文字有点多

1. 运行时(runtime)识别到log方法为一般的函数方法,将其入栈,然后执行输出 start 再出栈

2. 识别到setTimeout为特殊的异步方法(macrotask),将其交由其他内核模块处理,setTimeout的匿名回调函数被放入macrotask队列中,并设置了一个 0ms的立即执行标识(提供后续模块的检查)

3. 识别到Promise的resolve方法为一般的方法,将其入栈,然后执行 再出栈

4. 识别到then为Promise的异步方法(microtask),将其交由其他内核模块处理,匿名回调函数被放入microtask队列中

5. 识别到log方法为一般的函数方法,将其入栈,然后执行输出 end 再出栈

6. 主线程执行完毕,栈为空,随即从microtask队列中取出队首的项,

这里队首为匿名函数,匿名函数里面有 console的log方法,也将其入栈(如果执行过程中识别到特殊的方法,就在这时交给其他模块处理到对应队列尾部),

输出 promise后出栈,并将这一项从队列中移除

7. 继续检查microtask队列,当前队列为空,则将当前macrotask出队,进入下一步(如果不为空,就继续取下一个microtask执行)

8.检查是否需要进行UI重新渲染等,进行渲染...

9. 进入下一轮事件循环,检查macrotask队列,取出一项进行处理

 所以最终的结果是

深入理解JavaScript的事件循环(Event Loop)

 

再看上面那个例子,对比起来只是代码多了点,混入了setInterval,多个setTimeout与promise的函数部分,按照上面的思路,应该不难理解

需要注意的三点:

1. clearInterval(intervalA); 运行的时候,实际上已经执行了 intervalA 的macrotask了
2. promise函数内部是同步处理的,不会放到队列中,放入队列中的是它的then或catch回调
3. promise的then返回的还是promise,所以在输出promise4后,继续检测到后续的then方法,马上放到microtask队列尾部,再继续取出执行,马上输出promise5;

而输出promise1之后,为什么没有马上输出promise2呢?因为此时promise1所在任务之后是promise3的任务,1和3在promise函数内部返回后就添加至队列中,2在1执行之后才添加

 

再来看个例子,就有点微妙了

<script>
        console.log('start');

        setTimeout(() => {
            console.log('timeout1');
        }, 0);

        Promise.resolve().then(() => {
            console.log('promise1');
        });
    </script>
    <script>
        setTimeout(() => {
            console.log('timeout2');
        }, 0);

        requestAnimationFrame(() => {
            console.log('requestAnimationFrame');
        });

        Promise.resolve().then(() => {
            console.log('promise2');
        });

        console.log('end');
    </script>

输出结果

深入理解JavaScript的事件循环(Event Loop)

requestAnimationFrame是在setTimeout之前执行的,start之后并不是直接输出end,也许这两个<script>标签被独立处理了

 

来看一个关于DOM操作的例子,

 

<style type="text/css">
    .outer {
        width: 100px;
        background: #eee;
        height: 100px;
        margin-left: 300px;
        margin-top: 150px;
        display: flex;
        align-items: center;
        justify-content: center;
    }

    .inner {
        width: 50px;
        height: 50px;
        background: #ddd;
    }
</style>

<script>
        var outer = document.querySelector('.outer'),
            inner = document.querySelector('.inner'),
            clickTimes = 0;

        new MutationObserver(() => {
            console.log('mutate');
        }).observe(outer, {
            attributes: true
        });

        function onClick() {
            console.log('click');

            setTimeout(() => {
                console.log('timeout');
            }, 0);

            Promise.resolve().then(() => {
                console.log('promise');
            });

            outer.setAttribute('data-click', clickTimes++);
        }

        inner.addEventListener('click', onClick);
        outer.addEventListener('click', onClick);

        // inner.click();

        // console.log('done');
    </script>

深入理解JavaScript的事件循环(Event Loop)

点击内部的inner块,会输出什么呢?

深入理解JavaScript的事件循环(Event Loop)

MutationObserver优先级比promise高,虽然在一开始就被定义,但实际上是触发之后才会被添加到microtask队列中,所以先输出了promise

两个timeout回调都在最后才触发,因为click事件冒泡了,事件派发这个macrotask任务包括了前后两个onClick回调,两个回调函数都执行完之后,才会执行接下来的 setTimeout任务

期间第一个onClick回调完成后执行栈为空,就马上接着执行microtask队列中的任务

 

如果把代码的注释去掉,使用代码自动 click(),思考一下,会输出什么?

深入理解JavaScript的事件循环(Event Loop)

可以看到,事件处理是同步的,done在连续输出两个click之后才输出

 而mutate只有一个,是因为当前执行第二个onClick回调的时候,microtask队列中已经有一个MutationObserver,它是第一个回调的,因为事件同步的原因没有被及时执行。浏览器会对MutationObserver进行优化,不会重复添加监听回调

 

 

 四、在Node中的实现

在Node环境中,macrotask部分主要多了setImmediate,microtask部分主要多了process.nextTick,而这个nextTick是独立出来自成队列的,优先级高于其他microtask

不过事件循环的的实现就不太一样了,可以参考   

Node中的事件循环有6个阶段

  • timers:执行setTimeout() 和 setInterval()中到期的callback
  • I/O callbacks:上一轮循环中有少数的I/Ocallback会被延迟到这一轮的这一阶段执行
  • idle, prepare:仅内部使用
  • poll:最为重要的阶段,执行I/O callback,在适当的条件下会阻塞在这个阶段
  • check:执行setImmediate的callback
  • close callbacks:执行close事件的callback,例如socket.on("close",func)

深入理解JavaScript的事件循环(Event Loop)

每一轮事件循环都会经过六个阶段,在每个阶段后,都会执行microtask

深入理解JavaScript的事件循环(Event Loop)

 

比较特殊的是在poll阶段,执行程序同步执行poll队列里的回调,直到队列为空或执行的回调达到系统上限

接下来再检查有无预设的setImmediate,如果有就转入check阶段,没有就先查询最近的timer的距离,以其作为poll阶段的阻塞时间,如果timer队列是空的,它就一直阻塞下去

而nextTick并不在这些阶段中执行,它在每个阶段之后都会执行

 

看一个例子

setTimeout(() => console.log(1));

setImmediate(() => console.log(2));

process.nextTick(() => console.log(3));

Promise.resolve().then(() => console.log(4));

console.log(5);

根据以上知识,应该很快就能知道输出结果是 5 3 4 1 2

修改一下

process.nextTick(() => console.log(1));

Promise.resolve().then(() => console.log(2));

process.nextTick(() => console.log(3));

Promise.resolve().then(() => {
    process.nextTick(() => console.log(0));
    console.log(4);
});

输出为 1 3 2 4 0,因为nextTick队列优先级高于同一轮事件循环中其他microtask队列

修改一下

process.nextTick(() => console.log(1));

console.log(0);

setTimeout(()=> {
    console.log('timer1');

    Promise.resolve().then(() => {
        console.log('promise1');
    });
}, 0);

process.nextTick(() => console.log(2));

setTimeout(()=> {
    console.log('timer2');

    process.nextTick(() => console.log(3));

    Promise.resolve().then(() => {
        console.log('promise2');
    });
}, 0);

输出为

深入理解JavaScript的事件循环(Event Loop)

与在浏览器中不同,这里promise1并不是在timer1之后输出,因为在setTimeout执行的时候是出于timer阶段,会先一并处理timer回调

 

setTimeout是优先于setImmediate的,但接下来这个例子却不一定是先执行setTimeout的回调

 

setTimeout(() => {
    console.log('timeout');
}, 0);

setImmediate(() => {
    console.log('immediate');
});

深入理解JavaScript的事件循环(Event Loop)

因为在Node中识别不了0ms的setTimeout,至少也得1ms. 

所以,如果在进入该轮事件循环的时候,耗时不到1ms,则setTimeout会被跳过,进入check阶段执行setImmediate回调,先输出 immediate

如果超过1ms,timer阶段中就可以马上处理这个setTimeout回调,先输出 timeout

修改一下代码,读取一个文件让事件循环进入IO文件读取的poll阶段

    let fs = require('fs');

    fs.readFile('./event.html', () => {
        setTimeout(() => {
            console.log('timeout');
        }, 0);

        setImmediate(() => {
            console.log('immediate');
        });
    });

这么一来,输出结果肯定就是 先 immediate  后 timeout

 

 五、用好事件循环

知道JS的事件循环是怎么样的了,就需要知道怎么才能把它用好

1. 在microtask中不要放置复杂的处理程序,防止阻塞UI的渲染

2. 可以使用process.nextTick处理一些比较紧急的事情

3. 可以在setTimeout回调中处理上轮事件循环中UI渲染的结果

4. 注意不要滥用setInterval和setTimeout,它们并不是可以保证能够按时处理的,setInterval甚至还会出现丢帧的情况,可考虑使用 requestAnimationFrame

5. 一些可能会影响到UI的异步操作,可放在promise回调中处理,防止多一轮事件循环导致重复执行UI的渲染

6. 在Node中使用immediate来可能会得到更多的保证

7. 不要纠结