阿里一面:熟悉事件循环?那谈谈为什么会分为宏任务和微任务。

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什么是事件循环

在了解事件循环前,需要一些有关JS特性的前置知识。

JS引擎是单线程的,直白来说就是一个时间点下JS引擎只能去做一件事情,而Java这种多线程语言,可以同时做几件事情。

JS做的任务分为同步和异步两种,所谓 “异步”,简单说就是一个任务不是连续完成的,先执行第一段,等做好了准备,再回过头执行第二段,第二段也被叫做回调;同步则是连贯完成的。

像读取文件、网络请求这种任务属于异步任务:花费时间很长,但中间的操作不需要JS引擎自己完成,它只用等别人准备好了,把数据给他,他再继续执行回调部分。

如果没有特殊处理,JS引擎在执行异步任务时,应该是存在等待的,不去做任何其他事情。用一个图来展示这个过程,可以看出,在执行异步任务时有大量的空闲时间被浪费。

实际上这是大多数多线程语言的处理办法。但对于JS这种单线程语言来说,这种长时间的空闲等待是不可接受的:遇到其他紧急任务,Java可以再开一个线程去处理,JS却只能忙等。

所以采取了以下的“异步任务回调通知”模式:

在等待异步任务准备的同时,JS引擎去执行其他同步任务,等到异步任务准备好了,再去执行回调。这种模式的优势显而易见,完成相同的任务,花费的时间大大减少,这种方式也被叫做非阻塞式。

而实现这个“通知”的,正是事件循环,把异步任务的回调部分交给事件循环,等时机合适交还给JS线程执行。事件循环并不是JavaScript首创的,它是计算机的一种运行机制。

事件循环是由一个队列组成的,异步任务的回调遵循先进先出,在JS引擎空闲时会一轮一轮地被取出,所以被叫做循环。

根据队列中任务的不同,分为宏任务和微任务。

宏任务和微任务

事件循环由宏任务和在执行宏任务期间产生的所有微任务组成。完成当下的宏任务后,会立刻执行所有在此期间入队的微任务。

这种设计是为了给紧急任务一个插队的机会,否则新入队的任务永远被放在队尾。区分了微任务和宏任务后,本轮循环中的微任务实际上就是在插队,这样微任务中所做的状态修改,在下一轮事件循环中也能得到同步。

常见的宏任务有:script(整体代码)/setTimout/setInterval/setImmediate(node 独有)/requestAnimationFrame(浏览器独有)/IO/UI render(浏览器独有)

常见的微任务有:process.nextTick(node 独有)/Promise.then()/Object.observe/MutationObserver

宏任务setTimeout的误区

setTimeout的回调不一定在指定时间后能执行。而是在指定时间后,将回调函数放入事件循环的队列中。

如果时间到了,JS引擎还在执行同步任务,这个回调函数需要等待;如果当前事件循环的队列里还有其他回调,需要等其他回调执行完。

另外,setTimeout 0ms 也不是立刻执行,它有一个默认最小时间,为4ms。

所以下面这段代码的输出结果不一定:

// node
setTimeout(() => {
  console.log('setTimeout')
}, 0)
setImmediate(() => {
  console.log('setImmediate')
})

因为取出第一个宏任务之前在执行全局Script,如果这个时间大于 4ms,这时 setTimeout 的回调函数已经放入队列,就先执行 setTimeout;如果准备时间小于 4ms,就会先执行 setImmediate。

浏览器的事件循环

浏览器的事件循环由一个宏任务队列+多个微任务队列组成。

首先,执行第一个宏任务:全局Script脚本。产生的的宏任务和微任务进入各自的队列中。执行完Script后,把当前的微任务队列清空。完成一次事件循环。

接着再取出一个宏任务,同样把在此期间产生的回调入队。再把当前的微任务队列清空。以此往复。

宏任务队列只有一个,而每一个宏任务都有一个自己的微任务队列,每轮循环都是由一个宏任务+多个微任务组成。

下面的Demo展示了微任务的插队过程:

Promise.resolve().then(()=>{
  console.log('第一个回调函数:微任务1')  
  setTimeout(()=>{
    console.log('第三个回调函数:宏任务2')
  },0)
})
setTimeout(()=>{
  console.log('第二个回调函数:宏任务1')
  Promise.resolve().then(()=>{
    console.log('第四个回调函数:微任务2')   
  })
},0)
// 第一个回调函数:微任务1
// 第二个回调函数:宏任务1
// 第四个回调函数:微任务2
// 第三个回调函数:宏任务2

打印的结果不是从1到4,而是先执行第四个回调函数,再执行第三个,因为它是一个微任务,比第三个回调函数有更高优先级。

Node 的事件循环

node的事件循环比浏览器复杂很多。由6个宏任务队列+6个微任务队列组成。

宏任务按照优先级从高到低依次是:

其执行规律是:在一个宏任务队列全部执行完毕后,去清空一次微任务队列,然后到下一个等级的宏任务队列,以此往复。一个宏任务队列搭配一个微任务队列。

六个等级的宏任务全部执行完成,才是一轮循环。

其中需要关注的是:Timers、Poll、Check阶段,因为我们所写的代码大多属于这三个阶段。

  1. Timers:定时器setTimeout/setInterval;
  2. Poll :获取新的 I/O 事件, 例如操作读取文件等;
  3. Check:setImmediate回调函数在这里执行;

除此之外,node端微任务也有优先级先后:

  1. process.nextTick;
  2. promise.then 等;

清空微任务队列时,会先执行process.nextTick,然后才是微任务队列中的其他。

下面这段代码可以佐证浏览器和node的差异:

console.log('Script开始')
setTimeout(() => {
  console.log('第一个回调函数,宏任务1')
  Promise.resolve().then(function({
    console.log('第四个回调函数,微任务2')
  })
}, 0)
setTimeout(() => {
  console.log('第二个回调函数,宏任务2')
  Promise.resolve().then(function({
    console.log('第五个回调函数,微任务3')
  })
}, 0)
Promise.resolve().then(function({
  console.log('第三个回调函数,微任务1')
})
console.log('Script结束')
node端:
Script开始
Script结束
第三个回调函数,微任务1
第一个回调函数,宏任务1
第二个回调函数,宏任务2
第四个回调函数,微任务2
第五个回调函数,微任务3

浏览器
Script开始
Script结束
第三个回调函数,微任务1
第一个回调函数,宏任务1
第四个回调函数,微任务2
第二个回调函数,宏任务2
第五个回调函数,微任务3

可以看出,在node端要等当前等级的所有宏任务完成,才能轮到微任务:第四个回调函数,微任务2在两个setTimeout完成后才打印。

因为浏览器执行时是一个宏任务+一个微任务队列,而node是一整个宏任务队列+一个微任务队列。

node11.x 前后版本差异

node11.x 之前,其事件循环的规则就如上文所述:先取出完一整个宏任务队列中全部任务,然后执行一个微任务队列。

但在11.x 之后,node端的事件循环变得和浏览器类似:先执行一个宏任务,然后是一个微任务队列。但依然保留了宏任务队列和微任务队列的优先级。

可以用下面的Demo佐证:

console.log('Script开始')
setTimeout(() => {
  console.log('宏任务1(setTimeout)')
  Promise.resolve().then(() => {
    console.log('微任务promise2')
  })
}, 0)
setImmediate(() => {
  console.log('宏任务2')
})
setTimeout(() => {
  console.log('宏任务3(setTimeout)')
}, 0)
console.log('Script结束')
Promise.resolve().then(() => {
  console.log('微任务promise1')
})
process.nextTick(() => {
  console.log('微任务nextTick')
})

在 node11.x 之前运行:

Script开始
Script结束
微任务nextTick
微任务promise1
宏任务1(setTimeout)
宏任务3(setTimeout)
微任务promise2
宏任务2(setImmediate)

在 node11.x 之后运行:

Script开始
Script结束
微任务nextTick
微任务promise1
宏任务1(setTimeout)
微任务promise2
宏任务3(setTimeout)
宏任务2(setImmediate)

可以发现,在不同的node环境下:

  1. 微任务队列中process.nextTick都有更高优先级,即使它后进入微任务队列,也会先打印微任务nextTick微任务promise1;
  2. 宏任务setTimeout比setImmediate优先级更高,宏任务2(setImmediate)是三个宏任务中最后打印的;
  3. 在node11.x之前,微任务队列要等当前优先级的所有宏任务先执行完,在两个setTimeout之后才打印微任务promise2;在node11.x之后,微任务队列只用等当前这一个宏任务先执行完。

结语

事件循环中的任务被分为宏任务和微任务,是为了给高优先级任务一个插队的机会:微任务比宏任务有更高优先级。

node端的事件循环比浏览器更复杂,它的宏任务分为六个优先级,微任务分为两个优先级。node端的执行规律是一个宏任务队列搭配一个微任务队列,而浏览器是一个单独的宏任务搭配一个微任务队列。但是在node11之后,node和浏览器的规律趋同。

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来源: 前端私教年年