深入理解js事件循环机制（浏览器篇）

本文转载非原创，感谢lynnelv

抛在前面的问题：

  • 单线程如何做到异步
  • 事件循环的过程是怎样的
  • macrotask 和 microtask 是什么，它们有何区别

单线程和异步

提到 js，就会想到单线程，异步，那么单线程是如何做到异步的呢？概念先行，先要了解下单线程和异步之间的关系。

js 的任务分为 同步 和 异步 两种，它们的处理方式也不同，同步任务是直接在主线程上排队执行，异步任务则会被放到任务队列中，若有多个任务（异步任务）则要在任务队列中排队等待，任务队列类似一个缓冲区，任务下一步会被移到调用栈（call stack），然后主线程执行调用栈的任务。

单线程是指 js 引擎中负责解析执行 js 代码的线程只有一个（主线程），即每次只能做一件事，而我们知道一个 ajax 请求，主线程在等待它响应的同时是会去做其它事的，浏览器先在事件表注册 ajax 的回调函数，响应回来后回调函数被添加到任务队列中等待执行，不会造成线程阻塞，所以说 js 处理 ajax 请求的方式是异步的。

总而言之，检查调用栈是否为空，以及确定把哪个 task 加入调用栈的这个过程就是事件循环，而js 实现异步的核心就是事件循环。

调用栈和任务队列

顾名思义，调用栈是一个栈结构，函数调用会形成一个栈帧，帧中包含了当前执行函数的参数和局部变量等上下文信息，函数执行完后，它的执行上下文会从栈中弹出。

下图就是调用栈和任务队列的关系图 在这里插入图片描述

事件循环

关于事件循环，HTML 规范的介绍

There must be at least one event loop per user agent, and at most one event loop per unit of related similar-origin browsing contexts. An event loop has one or more task queues. Each task is defined as coming from a specific task source.

从规范理解，浏览器至少有一个事件循环，一个事件循环至少有一个任务队列（macrotask），每个外任务都有自己的分组，浏览器会为不同的任务组设置优先级。

macrotask & microtask

规范有提到两个概念，但没有详细介绍，查阅一些资料大概可总结如下：

macrotask：包含执行整体的 js 代码，事件回调，XHR 回调，定时器（setTimeout/setInterval/setImmediate），IO 操作，UI render

microtask：更新应用程序状态的任务，包括 promise 回调，MutationObserver，process.nextTick，Object.observe

其中setImmediate和process.nextTick是 nodejs 的实现，在nodejs 篇会详细介绍。

事件处理过程

关于macrotask和microtask的理解，光这样看会有些晦涩难懂，结合事件循坏的机制理解清晰很多，下面这张图可以说是介绍得非常清楚了。

img 总结起来，一次事件循环的步骤包括：

1. 检查macrotask队列是否为空，非空则到2，为空则到3
2. 执行macrotask中的一个任务
3. 继续检查microtask队列是否为空，若有则到4，否则到5
4. 取出microtask中的任务执行，执行完成返回到步骤3
5. 执行视图更新

mactotask & microtask 的执行顺序

在这里插入图片描述

读完这么多干巴巴的概念介绍，还不如看一段代码感受下

console.log('start')
setTimeout(function () {
console.log('setTimeout')
}, 0)
Promise.resolve()
.then(function () {
console.log('promise1')
})
.then(function () {
console.log('promise2')
})
console.log('end')

打印台输出的 log 顺序是什么？结合上述的步骤分析，系不系 so easy~ 在这里插入图片描述 首先，全局代码（main()）压入调用栈执行，打印start；

接下来 setTimeout 压入 macrotask 队列，promise.then 回调放入 microtask 队列，最后执行 console.log(‘end’)，打印出end；

至此，调用栈中的代码被执行完成，回顾 macrotask 的定义，我们知道全局代码属于 macrotask，macrotask 执行完，那接下来就是执行 microtask 队列的任务了，执行 promise 回调打印promise1；

promise 回调函数默认返回 undefined，promise 状态变为 fullfill 触发接下来的 then 回调，继续压入 microtask 队列，event loop 会把当前的 microtask 队列一直执行完，此时执行第二个 promise.then 回调打印出promise2；

这时 microtask 队列已经为空，从上面的流程图可以知道，接下来主线程会去做一些 UI 渲染工作（不一定会做），然后开始下一轮 event loop，执行 setTimeout 的回调，打印出setTimeout；

这个过程会不断重复，也就是所谓的事件循环。

视图渲染的时机

回顾上面的事件循环示意图，update rendering（视图渲染）发生在本轮事件循环的 microtask 队列被执行完之后，也就是说执行任务的耗时会影响视图渲染的时机。通常浏览器以每秒 60 帧（60fps）的速率刷新页面，据说这个帧率最适合人眼交互，大概 16.7ms 渲染一帧，所以如果要让用户觉得顺畅，单个 macrotask 及它相关的所有 microtask 最好能在 16.7ms 内完成。

但也不是每轮事件循环都会执行视图更新，浏览器有自己的优化策略，例如把几次的视图更新累积到一起重绘，重绘之前会通知 requestAnimationFrame 执行回调函数，也就是说 requestAnimationFrame 回调的执行时机是在一次或多次事件循环的 UI render 阶段。

以下代码可以验证

setTimeout(function () {
console.log('timer1')
}, 0)
requestAnimationFrame(function () {
console.log('requestAnimationFrame')
})
setTimeout(function () {
console.log('timer2')
}, 0)
new Promise(function executor(resolve) {
console.log('promise 1')
resolve()
console.log('promise 2')
}).then(function () {
console.log('promise then')
})
console.log('end')

运行结果截图如下

运行结果1运行结果2

可以看到，结果 1 中requestAnimationFrame()是在一次事件循环后执行，而在结果 2，它的执行则是在三次事件循环结束后。

总结

  1. 事件循环是 js 实现异步的核心

  2. 每轮事件循环分为 3 个步骤：

    a) 执行 macrotask 队列的一个任务 b) 执行完当前 microtask 队列的所有任务 c) UI render

  3. 浏览器只保证 requestAnimationFrame 的回调在重绘之前执行，没有确定的时间，何时重绘由浏览器决定

[参考资料]

  1. event-loops
  2. sec-jobs-and-job-queues
  3. Promises/A+
  4. Tasks, microtasks, queues and schedules
  5. HTML 系列：macrotask 和 microtask
  6. http://www.ruanyifeng.com/blog/2014/10/event-loop.html
Edit this page