从几道题目带你深入理解Event Loop_宏队列_微队列

2021 年 5 月 16 日
筆記
javascript

深入探究JavaScript的Event Loop

深入探究JavaScript的Event Loop

Javascript是一门单线程语言

但是在运行时难免会遇到需要较长执行时间的任务如: 向后端服务器发送请求。其他的任务不可能都等它执行完才执行的(同步)否则效率太低了, 于是异步的概念就此产生: 当遇到需要较长时间的任务时将其放入”某个地方”后继续执行其他同步任务, 等所有同步任务执行完毕后再poll(轮询)刚刚这些需要较长时间的任务并得到其结果

而处理异步任务的这一套流程就叫Event Loop即事件循环，是浏览器或Node的一种解决javaScript单线程运行时不会阻塞的一种机制, 于是更完善的说法是: Javascript是一门单线程非阻塞语言

Event Loop的结构

堆(heap): 用于存放JS对象的数据结构
调用栈(stack): 同步任务会按顺序在调用栈中等待主线程依次执行
Web API: 是浏览器/Node 用于处理异步任务的地方
回调队列(callbacks queue): 经过Web API处理好的异步任务会被一次放入回调队列中, 等一定条件成立后被逐个poll(轮询)放入stack中被主线程执行

回调队列(callbacks queue)的分类

回调队列(callbacks queue)进而可以细分为

宏任务(macroTasks)
- script全部代码、
- setTimeout、
- setInterval、
- setImmediate(浏览器暂时不支持，只有IE10支持，具体可见MDN)、
- I/O、UI Rendering
微任务(microTasks)
- Process.nextTick(Node独有)
- MutationObserver
- Promise、
- Object.observe(废弃)

Event Loop的执行顺序

首先顺序执行初始化代码(run script), 同步代码放入调用栈中执行, 异步代码放入对应的队列中
所有同步代码执行完毕后,确认调用栈(stack)是否为空, 只有stack为为空才能开始按照队列的特性轮询执行微任务队列中的代码
只有当所有微任务队列中的任务执行完后, 才能执行宏任务队列中的下一个任务

用流程图表示:

通过题目来深入

题目1:

setTimeout(() => {
    console.log(1)
}, 0)
Promise.resolve().then(
    () => {
        console.log(2)
    }
)
Promise.resolve().then(
    () => {
        console.log(4)
    }
)
console.log(3)

执行初始化代码
初始化代码执行完毕, 调用栈为空所以可以开始轮询执行微任务队列的代码
1. 取出第一个任务到调用栈–打印2, 执行完后调用栈为空, 检查微任务队列是否还有任务有则执行
2. 取出第二个任务到调用栈–打印4, 执行完后调用栈为空, 微任务队列为空, 第一个宏任务(run script)完成, 可以轮询宏任务队列的下一个任务
开始轮询执行宏任务队列中的下一个任务

于是这道题最终的结果是:

3 2 4 1

到这需要说明一个东西就是: setTimeout的回调执行是不算在run script中的, 具体原因我并未弄清, 有明白的同学欢迎解释

题目2:

setTimeout(()=>{
    console.log(1)
}, 0)


new Promise((resolve, reject) => {
    console.log(2)
    resolve()
})
.then(
    () => {
        console.log(3)
    }
)
.then(
    () => {
        console.log(4)
    }
)
console.log(5)

执行初始化代码
初始化代码执行完毕, 调用栈为空所以可以开始轮询执行微任务队列的代码
1. 取出第一个任务到调用栈–打印3, 执行完后调用栈为空, 此时第一个then()返回的Promise有了状态、结果, 于是将第二个then()放入微任务队列中, 检查微任务队列是否还有任务有则执行
1. 调用栈、微任务队列为空, 宏任务run script执行完毕
开始轮询执行宏任务队列中的下一个任务

于是这道题最终的结果是:

2 5 3 4 1

题目3:

const first = () => {
    return new Promise((resolve, reject) => {
        console.log(3)
        let p = new Promise((resolve, reject) => {
            console.log(7)
            setTimeout(() => {
                console.log(5)
            }, 0)
            resolve(1)
        })
        resolve(2)
        p.then(
            arg => {
                console.log(arg)
            }
        )
    })
}

first().then(
    arg => {
        console.log(arg)
    }
)

console.log(4)

执行初始化代码
初始化代码执行完毕, 调用栈为空所以可以开始轮询执行微任务队列的代码
1. 取出第一个任务到调用栈–打印1, 执行完后调用栈为空, 检查微任务队列是否还有任务有则执行
1. 调用栈、微任务队列为空, 宏任务run script执行完毕
开始轮询执行宏任务队列中的下一个任务

于是这道题最终的结果是:

3 7 4 1 2 5

题目4:

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


new Promise((resolve, reject) => {
    console.log(1)
    resolve()
})
.then(
    () => {
        console.log(2)
        new Promise((resolve, reject) => {
            console.log(3)
            resolve()
        })
        .then(
            () => console.log(4)
        )
        .then(
            () => console.log(5)
        )
    }
)
.then(
    () => console.log(6)
)

new Promise((resolve, reject) => {
    console.log(7)
    resolve()
})
.then(
    () => console.log(8)
)

执行初始化代码
初始化代码执行完毕, 调用栈为空所以可以开始轮询执行微任务队列的代码
1. 取出第一个任务到调用栈–执行onResolved中的所有代码, 很重要的地方是此时第一个new Promise的第二个then此时会被放入微任务队列中。执行完后调用栈为空, 检查微任务队列是否还有任务有则执行
1. 调用栈、微任务队列为空, 宏任务run script执行完毕
开始轮询执行宏任务队列中的下一个任务

于是这道题最终的结果是:

1 7 2 3 8 4 6 5 0

题目5:

console.log('script start')

async function async1() {
    await async2()
    console.log('async1 end')
}
async function async2() {
    console.log('async2 end')
}
async1()

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

new Promise(resolve => {
    console.log('Promise')
    resolve()
})
.then(function () {
    console.log('promise1')
})
.then(function () {
    console.log('promise2')
})

console.log('script end')

执行初始化代码
初始化代码执行完毕, 调用栈为空所以可以开始轮询执行微任务队列的代码
1. 取出第一个任务到调用栈–执行await后的所有代码, 执行完后调用栈为空, 检查微任务队列是否还有任务有则执行
1. 调用栈、微任务队列为空, 宏任务run script执行完毕
开始轮询执行宏任务队列中的下一个任务

于是这道题最终的结果是:

script start
async2 end
Promise
script end
async1 end
promise1
promise2
setTimeout

终极题1:

<!DOCTYPE html>
<html lang="zh-CN">

<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="ie=edge">
    <style>
        .outer {
            width: 200px;
            height: 200px;
            background-color: orange;
        }

        .inner {
            width: 100px;
            height: 100px;
            background-color: salmon;
        }
    </style>
</head>

<body>
    <div class="outer">
        <div class="inner"></div>
    </div>

    <script>
        var outer = document.querySelector('.outer')
        var inner = document.querySelector('.inner')

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

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

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

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

            outer.setAttribute('data-random', Math.random())
        }

        inner.addEventListener('click', onClick)
        outer.addEventListener('click', onClick)
    </script>
</body>
</html>

执行初始化代码
初始化代码执行完毕, 调用栈为空所以可以开始轮询执行微任务队列的代码
1. 取出第一个任务到调用栈–打印promise, 执行完后调用栈为空, 检查微任务队列是否还有任务有则执行
1. 调用栈、微任务队列为空, 因为存在冒泡, 所以以上操作再进行一次
宏任务run script执行完毕, 调用栈、微任务队列为空可以轮询执行宏任务队列中的下一个任务
开始轮询执行宏任务队列中的下一个任务
微任务队列、调用栈为空, 继续轮询执行宏任务队列中的下一个任务

于是这道题最终的结果是:

click
promise
mutate
click
promise
mutate
timeout
timeout

不同浏览器下的不同结果(如果你的结果在这其中, 也是对的)

这里令人迷惑的点是: outer的冒泡执行为什么比outer的setTimeout先

那是因为:

首先outer的setTimeout是一个宏任务, 它进入宏任务队列时是在了run script的后面
inner执行到mutate后run script并没有执行完, 而是还有一个outer.click的冒泡要执行
只有执行完该冒泡后, run script才真正执行完(才可以执行下一个宏任务)

终极题2:

<!DOCTYPE html>
<html lang="zh-CN">

<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="ie=edge">
    <style>
        .outer {
            width: 200px;
            height: 200px;
            background-color: orange;
        }

        .inner {
            width: 100px;
            height: 100px;
            background-color: salmon;
        }
    </style>
</head>

<body>
    <div class="outer">
        <div class="inner"></div>
    </div>

    <script>
        var outer = document.querySelector('.outer')
        var inner = document.querySelector('.inner')

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

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

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

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

            outer.setAttribute('data-random', Math.random())
        }

        inner.addEventListener('click', onClick)
        outer.addEventListener('click', onClick)
        inner.click()   // 模拟点击inner

    </script>
</body>
</html>

执行初始化代码, 这里与终极题1不同的地方在于: 终极题1的click是作为回调函数(dispatch), 而这里是直接同步调用的
inner.click执行完毕, inner.click退栈, 由于调用栈并不为空, 所以不能轮询微任务队列, 而是继续执行run script(执行冒泡部分)
需要注意: 由于outer.click的MutationObserver并未执行所以不会被再次添加进微任务队列中
inner.click退栈, 宏任务run script执行完毕, run script也退栈调用栈为空, 开始轮询微任务队列
调用栈、微任务队列为空, 开始轮询执行宏任务队列中的下一个任务
微任务队列、调用栈为空, 继续轮询执行宏任务队列中的下一个任务

于是这道题最终的结果是:

click
click
promise
mutate
promise
timeout
timeout

参考文章:

一次弄懂Event Loop(彻底解决此类面试问题)

Tasks, microtasks, queues and schedules

Tags: javascript

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