avaScript事件循環(Event Loop)機制

JavaScript 是單線程單并發語言

1. 什么是單線程

主程序只有一個線程，即同一時間片斷內其只能執行單個任務。

2. 為什么選擇單線程？

JavaScript的主要用途是與用戶互動，以及操作DOM。這決定了它只能是單線程，否則會帶來很復雜的同步問題。

3. 單線程意味著什么？

單線程就意味著，所有任務都需要排隊，前一個任務結束，才會執行后一個任務。如果前一個任務耗時很長，后一個任務就需要一直等著。這就會導致IO操作（耗時但cpu閑置）時造成性能浪費的問題。

4. 如何解決單線程帶來的性能問題？

答案是異步！主線程完全可以不管IO操作，暫時掛起處于等待中的任務，先運行排在后面的任務。等到IO操作返回了結果，再回過頭，把掛起的任務繼續執行下去。于是，所有任務可以分成兩種，一種是同步任務（synchronous），另一種是異步任務（asynchronous）

注： 當主線程阻塞時，任務隊列仍然是能夠被推入任務的

事件循環（Event Loop）

1. JavaScript 內存模型

講事件循環之前，先看一張下網上看到的 JavaScript 內存模型，相信看完這個會對事件循環機制有一種豁然開朗的感覺。

• 調用棧（Call Stack）：用于主線程任務的執行

• 堆（Heap）： 用于存放非結構化數據，譬如程序分配的變量與對象

• 任務隊列（Queue）： 用于存放異步任務與定時任務。

2. JavaScript 代碼執行機制：

• 所有同步任務都在主線程上的棧中執行。

• 主線程之外，還存在一個"任務隊列"（task queue）。只要異步任務有了運行結果，就在"任務隊列"之中放置一個事件。

• 一旦"棧"中的所有同步任務執行完畢，系統就會讀取"任務隊列"，選擇出需要首先執行的任務（由瀏覽器決定，并不按序）。

3. Event Loop

現在我們來聊事件循環。事件循環顧名思義它就是一個循環，主線程會不斷循環執行上面的第三步,其基本的代碼邏輯如下所示：

4. 常見異步任務進入任務隊列時機

事件循環機制圖解：

任務

1. MacroTask（Task）

   setTimeout, setInterval, setImmediate, requestAnimationFrame, I/O, UI rendering

2. MicroTask（在ES2015規范中稱為Job）

   process.nextTick, Promise, Object.observe, MutationObserver

規范：

• 每個瀏覽器環境，至多有一個event loop。

• 一個event loop可以有1個或多個task queue，而僅有一個 MicroTask Queue。

• 一個task queue是一列有序的task, 每個task定義時都有一個task source，從同一個task source來的task必須放到同一個task queue，從不同源來的則被添加到不同隊列。

• tasks are scheduled，所以瀏覽器可以從內部到JS/DOM，保證動作按序發生。

• Microtasks are scheduled，Microtask queue 在當前 task queue 的結尾執行。microtask中添加的microtask也被添加到Microtask queue的末尾并處理。

注： event loop的每個turn，是由瀏覽器決定先執行哪個task queue。這允許瀏覽器為不同的task source設置不同的優先級，比如為用戶交互設置更高優先級來使用戶感覺流暢。

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正文

本文的目的就是要保證你徹底弄懂JavaScript的執行機制，如果讀完本文還不懂，可以揍我。

不論你是javascript新手還是老鳥，不論是面試求職，還是日常開發工作，我們經常會遇到這樣的情況：給定的幾行代碼，我們需要知道其輸出內容和順序。因為javascript是一門單線程語言，所以我們可以得出結論：

• javascript是按照語句出現的順序執行的

看到這里讀者要打人了：我難道不知道js是一行一行執行的？還用你說？稍安勿躁，正因為js是一行一行執行的，所以我們以為js都是這樣的：

let a='1';
console.log(a);

let b='2';
console.log(b);

然而實際上js是這樣的：

setTimeout(function(){
console.log('定時器開始啦')
});

new Promise(function(resolve){
console.log('馬上執行for循環啦');
for(var i=0; i < 10000; i++){
i==99 && resolve();
}
}).then(function(){
console.log('執行then函數啦')
});

console.log('代碼執行結束');

依照js是按照語句出現的順序執行這個理念，我自信的寫下輸出結果：

//"定時器開始啦"
//"馬上執行for循環啦"
//"執行then函數啦"
//"代碼執行結束"

去chrome上驗證下，結果完全不對，瞬間懵了，說好的一行一行執行的呢？

我們真的要徹底弄明白javascript的執行機制了。

1.關于javascript

javascript是一門單線程語言，在最新的HTML5中提出了Web-Worker，但javascript是單線程這一核心仍未改變。所以一切javascript版的"多線程"都是用單線程模擬出來的，一切javascript多線程都是紙老虎！

2.javascript事件循環

既然js是單線程，那就像只有一個窗口的銀行，客戶需要排隊一個一個辦理業務，同理js任務也要一個一個順序執行。如果一個任務耗時過長，那么后一個任務也必須等著。那么問題來了，假如我們想瀏覽新聞，但是新聞包含的超清圖片加載很慢，難道我們的網頁要一直卡著直到圖片完全顯示出來？因此聰明的程序員將任務分為兩類：

• 同步任務

• 異步任務

當我們打開網站時，網頁的渲染過程就是一大堆同步任務，比如頁面骨架和頁面元素的渲染。而像加載圖片音樂之類占用資源大耗時久的任務，就是異步任務。關于這部分有嚴格的文字定義，但本文的目的是用最小的學習成本徹底弄懂執行機制，所以我們用導圖來說明：

導圖要表達的內容用文字來表述的話：

• 同步和異步任務分別進入不同的執行"場所"，同步的進入主線程，異步的進入Event Table并注冊函數。

• 當指定的事情完成時，Event Table會將這個函數移入Event Queue。

• 主線程內的任務執行完畢為空，會去Event Queue讀取對應的函數，進入主線程執行。

• 上述過程會不斷重復，也就是常說的Event Loop(事件循環)。

我們不禁要問了，那怎么知道主線程執行棧為空啊？js引擎存在monitoring process進程，會持續不斷的檢查主線程執行棧是否為空，一旦為空，就會去Event Queue那里檢查是否有等待被調用的函數。

說了這么多文字，不如直接一段代碼更直白：

let data=[];
$.ajax({
url:www.javascript.com,
data:data,
success:()=> {
console.log('發送成功!');
}
})
console.log('代碼執行結束');

上面是一段簡易的ajax請求代碼：

• ajax進入Event Table，注冊回調函數success。

• 執行console.log('代碼執行結束')。

• ajax事件完成，回調函數success進入Event Queue。

• 主線程從Event Queue讀取回調函數success并執行。

相信通過上面的文字和代碼，你已經對js的執行順序有了初步了解。接下來我們來研究進階話題：setTimeout。

3.又愛又恨的setTimeout

大名鼎鼎的setTimeout無需再多言，大家對他的第一印象就是異步可以延時執行，我們經常這么實現延時3秒執行：

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

漸漸的setTimeout用的地方多了，問題也出現了，有時候明明寫的延時3秒，實際卻5，6秒才執行函數，這又咋回事啊？

先看一個例子：

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

根據前面我們的結論，setTimeout是異步的，應該先執行console.log這個同步任務，所以我們的結論是：

//執行console
//task()復制代碼
去驗證一下，結果正確！
然后我們修改一下前面的代碼：
setTimeout(()=> {
task()
},3000)

sleep(10000000)

乍一看其實差不多嘛，但我們把這段代碼在chrome執行一下，卻發現控制臺執行task()需要的時間遠遠超過3秒，說好的延時三秒，為啥現在需要這么長時間啊？

這時候我們需要重新理解setTimeout的定義。我們先說上述代碼是怎么執行的：

• task()進入Event Table并注冊,計時開始。

• 執行sleep函數，很慢，非常慢，計時仍在繼續。

• 3秒到了，計時事件timeout完成，task()進入Event Queue，但是sleep也太慢了吧，還沒執行完，只好等著。

• sleep終于執行完了，task()終于從Event Queue進入了主線程執行。

上述的流程走完，我們知道setTimeout這個函數，是經過指定時間后，把要執行的任務(本例中為task())加入到Event Queue中，又因為是單線程任務要一個一個執行，如果前面的任務需要的時間太久，那么只能等著，導致真正的延遲時間遠遠大于3秒。

我們還經常遇到setTimeout(fn,0)這樣的代碼，0秒后執行又是什么意思呢？是不是可以立即執行呢？

答案是不會的，setTimeout(fn,0)的含義是，指定某個任務在主線程最早可得的空閑時間執行，意思就是不用再等多少秒了，只要主線程執行棧內的同步任務全部執行完成，棧為空就馬上執行。舉例說明：

//代碼1
console.log('先執行這里');
setTimeout(()=> {
console.log('執行啦')
},0);復制代碼
//代碼2
console.log('先執行這里');
setTimeout(()=> {
console.log('執行啦')
},3000);

代碼1的輸出結果是：
//先執行這里
//執行啦復制代碼
代碼2的輸出結果是：
//先執行這里
// ... 3s later
// 執行啦

關于setTimeout要補充的是，即便主線程為空，0毫秒實際上也是達不到的。根據HTML的標準，最低是4毫秒。有興趣的同學可以自行了解。

4.又恨又愛的setInterval

上面說完了setTimeout，當然不能錯過它的孿生兄弟setInterval。他倆差不多，只不過后者是循環的執行。對于執行順序來說，setInterval會每隔指定的時間將注冊的函數置入Event Queue，如果前面的任務耗時太久，那么同樣需要等待。

唯一需要注意的一點是，對于setInterval(fn,ms)來說，我們已經知道不是每過ms秒會執行一次fn，而是每過ms秒，會有fn進入Event Queue。一旦setInterval的回調函數fn執行時間超過了延遲時間ms，那么就完全看不出來有時間間隔了。這句話請讀者仔細品味。

5.Promise與process.nextTick(callback)

傳統的定時器我們已經研究過了，接著我們探究Promise與process.nextTick(callback)的表現。

Promise的定義和功能本文不再贅述，不了解的讀者可以學習一下阮一峰老師的Promise。而process.nextTick(callback)類似node.js版的"setTimeout"，在事件循環的下一次循環中調用 callback 回調函數。

我們進入正題，除了廣義的同步任務和異步任務，我們對任務有更精細的定義：

• macro-task(宏任務)：包括整體代碼script，setTimeout，setInterval

• micro-task(微任務)：Promise，process.nextTick

不同類型的任務會進入對應的Event Queue，比如setTimeout和setInterval會進入相同的Event Queue。

事件循環的順序，決定js代碼的執行順序。進入整體代碼(宏任務)后，開始第一次循環。接著執行所有的微任務。然后再次從宏任務開始，找到其中一個任務隊列執行完畢，再執行所有的微任務。聽起來有點繞，我們用文章最開始的一段代碼說明：

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

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

console.log('console');
// 執行啦

• 這段代碼作為宏任務，進入主線程。

• 先遇到setTimeout，那么將其回調函數注冊后分發到宏任務Event Queue。(注冊過程與上同，下文不再描述)

• 接下來遇到了Promise，new Promise立即執行，then函數分發到微任務Event Queue。

• 遇到console.log()，立即執行。

• 好啦，整體代碼script作為第一個宏任務執行結束，看看有哪些微任務？我們發現了then在微任務Event Queue里面，執行。

• ok，第一輪事件循環結束了，我們開始第二輪循環，當然要從宏任務Event Queue開始。我們發現了宏任務Event Queue中setTimeout對應的回調函數，立即執行。

• 結束。

事件循環，宏任務，微任務的關系如圖所示：

我們來分析一段較復雜的代碼，看看你是否真的掌握了js的執行機制：

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')
})
})

第一輪事件循環流程分析如下：

• 整體script作為第一個宏任務進入主線程，遇到console.log，輸出1。

• 遇到setTimeout，其回調函數被分發到宏任務Event Queue中。我們暫且記為setTimeout1。

• 遇到process.nextTick()，其回調函數被分發到微任務Event Queue中。我們記為process1。

• 遇到Promise，new Promise直接執行，輸出7。then被分發到微任務Event Queue中。我們記為then1。

• 又遇到了setTimeout，其回調函數被分發到宏任務Event Queue中，我們記為setTimeout2。

• 上表是第一輪事件循環宏任務結束時各Event Queue的情況，此時已經輸出了1和7。

• 我們發現了process1和then1兩個微任務。

• 執行process1,輸出6。

• 執行then1，輸出8。

好了，第一輪事件循環正式結束，這一輪的結果是輸出1，7，6，8。那么第二輪時間循環從setTimeout1宏任務開始：

• 首先輸出2。接下來遇到了process.nextTick()，同樣將其分發到微任務Event Queue中，記為process2。new Promise立即執行輸出4，then也分發到微任務Event Queue中，記為then2。

• 第二輪事件循環宏任務結束，我們發現有process2和then2兩個微任務可以執行。

• 輸出3。

• 輸出5。

• 第二輪事件循環結束，第二輪輸出2，4，3，5。

• 第三輪事件循環開始，此時只剩setTimeout2了，執行。

• 直接輸出9。

• 將process.nextTick()分發到微任務Event Queue中。記為process3。

• 直接執行new Promise，輸出11。

• 將then分發到微任務Event Queue中，記為then3。

• 第三輪事件循環宏任務執行結束，執行兩個微任務process3和then3。

• 輸出10。

• 輸出12。

• 第三輪事件循環結束，第三輪輸出9，11，10，12。

整段代碼，共進行了三次事件循環，完整的輸出為1，7，6，8，2，4，3，5，9，11，10，12。

(請注意，node環境下的事件監聽依賴libuv與前端環境不完全相同，輸出順序可能會有誤差)

6.寫在最后

(1)js的異步

我們從最開頭就說javascript是一門單線程語言，不管是什么新框架新語法糖實現的所謂異步，其實都是用同步的方法去模擬的，牢牢把握住單線程這點非常重要。

(2)事件循環Event Loop

事件循環是js實現異步的一種方法，也是js的執行機制。

(3)javascript的執行和運行

執行和運行有很大的區別，javascript在不同的環境下，比如node，瀏覽器，Ringo等等，執行方式是不同的。而運行大多指javascript解析引擎，是統一的。

(4)setImmediate

微任務和宏任務還有很多種類，比如setImmediate等等，執行都是有共同點的，有興趣的同學可以自行了解。

(5)最后的最后

• javascript是一門單線程語言

• Event Loop是javascript的執行機制

牢牢把握兩個基本點，以認真學習javascript為中心，早日實現成為前端高手的偉大夢想！

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