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前端进阶（十二）：详解事件循环机制

PHPz
PHPz原创
2017-04-04 17:59:251856浏览

前端进阶（十二）：详解事件循环机制

Event Loop

JavaScript的学习零散而庞杂，因此很多时候我们学到了一些东西，但是却没办法感受到自己的进步，甚至过了不久，就把学到的东西给忘了。为了解决自己的这个困扰，在学习的过程中，我一直试图在寻找一条核心的线索，只要我根据这条线索，我就能够一点一点的进步。

前端基础进阶正是围绕这条线索慢慢展开，而事件循环机制(Event Loop)，则是这条线索的最关键的知识点。所以，我就马不停蹄的去深入的学习了事件循环机制，并总结出了这篇文章跟大家分享。

事件循环机制从整体上的告诉了我们所写的JavaScript代码的执行顺序。但是在我学习的过程中，找到的许多国内博客文章对于它的讲解浅尝辄止，不得其法，很多文章在图中画个圈就表示循环了，看了之后也没感觉明白了多少。但是他又如此重要，以致于当我们想要面试中高级岗位时，事件循环机制总是绕不开的话题。特别是ES6中正式加入了Promise对象之后，对于新标准中事件循环机制的理解就变得更加重要。这就很尴尬了。

最近有两篇比较火的文章也表达了这个问题的重要性。

这个前端面试在搞事
80% 应聘者都不及格的 JS 面试题

但是很遗憾的是，大神们告诉了大家这个知识点很重要，却并没有告诉大家为什么会这样。所以当我们在面试时遇到这样的问题时，就算你知道了结果，面试官再进一步问一下，我们依然懵逼。

在学习事件循环机制之前，我默认你已经懂得了如下概念，如果仍然有疑问，可以回过头去看看我以前的文章。

  • 执行上下文(Execution context)

  • 函数调用栈(call stack)

  • 队列数据结构(queue)

  • Promise(我会在下一篇文章专门总结Promise的详细使用与自定义封装)

因为chrome浏览器中新标准中的事件循环机制与nodejs几乎一样，因此此处就以整合nodejs一起来理解，其中会介绍到几个nodejs有，但是浏览器中没有的API，大家只需要了解就好，不一定非要知道她是如何使用。比如process.nextTick，setImmediate

OK，那我就先抛出结论，然后以例子与图示详细给大家演示事件循环机制。

  • 我们知道JavaScript的一大特点就是单线程，而这个线程中拥有唯一的一个事件循环。

    当然新标准中的web worker涉及到了多线程，我对它了解也不多，这里就不讨论了。

  • JavaScript代码的执行过程中，除了依靠函数调用栈来搞定函数的执行顺序外，还依靠任务队列(task queue)来搞定另外一些代码的执行。

前端进阶（十二）：详解事件循环机制

队列数据结构

  • 一个线程中，事件循环是唯一的，但是任务队列可以拥有多个。

  • 任务队列又分为macro-task（宏任务）与micro-task（微任务），在最新标准中，它们被分别称为task与jobs。

  • macro-task大概包括：script(整体代码), setTimeout, setInterval, setImmediate, I/O, UI rendering。

  • micro-task大概包括: process.nextTick, Promise, Object.observe(已废弃), MutationObserver(html5新特性)

  • setTimeout/Promise等我们称之为任务源。而进入任务队列的是他们指定的具体执行任务。

    // setTimeout中的回调函数才是进入任务队列的任务
setTimeout(function() {
  console.log('xxxx');
})

  • 来自不同任务源的任务会进入到不同的任务队列。其中setTimeout与setInterval是同源的。

  • 事件循环的顺序，决定了JavaScript代码的执行顺序。它从script(整体代码)开始第一次循环。之后全局上下文进入函数调用栈。直到调用栈清空(只剩全局)，然后执行所有的micro-task。当所有可执行的micro-task执行完毕之后。循环再次从macro-task开始，找到其中一个任务队列执行完毕，然后再执行所有的micro-task，这样一直循环下去。

  • 其中每一个任务的执行，无论是macro-task还是micro-task，都是借助函数调用栈来完成。

纯文字表述确实有点干涩，因此，这里我们通过2个例子，来逐步理解事件循环的具体顺序。

// demo01  出自于上面我引用文章的一个例子，我们来根据上面的结论，一步一步分析具体的执行过程。
// 为了方便理解，我以打印出来的字符作为当前的任务名称
setTimeout(function() {
    console.log('timeout1');
})

new Promise(function(resolve) {
    console.log('promise1');
    for(var i = 0; i < 1000; i++) {
        i == 99 && resolve();
    }
    console.log('promise2');
}).then(function() {
    console.log('then1');
})

console.log('global1');

首先，事件循环从宏任务队列开始，这个时候，宏任务队列中，只有一个script(整体代码)任务。每一个任务的执行顺序，都依靠函数调用栈来搞定，而当遇到任务源时，则会先分发任务到对应的队列中去，所以，上面例子的第一步执行如下图所示。

前端进阶（十二）：详解事件循环机制

首先script任务开始执行，全局上下文入栈

第二步：script任务执行时首先遇到了setTimeout，setTimeout为一个宏任务源，那么他的作用就是将任务分发到它对应的队列中。

setTimeout(function() {
    console.log('timeout1');
})

前端进阶（十二）：详解事件循环机制

宏任务timeout1进入setTimeout队列

第三步：script执行时遇到Promise实例。Promise构造函数中的第一个参数，是在new的时候执行，因此不会进入任何其他的队列，而是直接在当前任务直接执行了，而后续的.then则会被分发到micro-task的Promise队列中去。

因此，构造函数执行时，里面的参数进入函数调用栈执行。for循环不会进入任何队列，因此代码会依次执行，所以这里的promise1和promise2会依次输出。

前端进阶（十二）：详解事件循环机制

promise1入栈执行，这时promise1被最先输出

前端进阶（十二）：详解事件循环机制

resolve在for循环中入栈执行

前端进阶（十二）：详解事件循环机制

构造函数执行完毕的过程中，resolve执行完毕出栈，promise2输出，promise1页出栈，then执行时，Promise任务then1进入对应队列

script任务继续往下执行，最后只有一句输出了globa1，然后，全局任务就执行完毕了。

第四步：第一个宏任务script执行完毕之后，就开始执行所有的可执行的微任务。这个时候，微任务中，只有Promise队列中的一个任务then1，因此直接执行就行了，执行结果输出then1，当然，他的执行，也是进入函数调用栈中执行的。

前端进阶（十二）：详解事件循环机制

执行所有的微任务

第五步：当所有的micro-tast执行完毕之后，表示第一轮的循环就结束了。这个时候就得开始第二轮的循环。第二轮循环仍然从宏任务macro-task开始。

前端进阶（十二）：详解事件循环机制

微任务被清空

这个时候，我们发现宏任务中，只有在setTimeout队列中还要一个timeout1的任务等待执行。因此就直接执行即可。

前端进阶（十二）：详解事件循环机制

timeout1入栈执行

这个时候宏任务队列与微任务队列中都没有任务了，所以代码就不会再输出其他东西了。

那么上面这个例子的输出结果就显而易见。大家可以自行尝试体会。

这个例子比较简答，涉及到的队列任务并不多，因此读懂了它还不能全面的了解到事件循环机制的全貌。所以我下面弄了一个复制一点的例子，再给大家解析一番，相信读懂之后，事件循环这个问题，再面试中再次被问到就难不倒大家了。

// demo02
console.log('golb1');

setTimeout(function() {
    console.log('timeout1');
    process.nextTick(function() {
        console.log('timeout1_nextTick');
    })
    new Promise(function(resolve) {
        console.log('timeout1_promise');
        resolve();
    }).then(function() {
        console.log('timeout1_then')
    })
})

setImmediate(function() {
    console.log('immediate1');
    process.nextTick(function() {
        console.log('immediate1_nextTick');
    })
    new Promise(function(resolve) {
        console.log('immediate1_promise');
        resolve();
    }).then(function() {
        console.log('immediate1_then')
    })
})

process.nextTick(function() {
    console.log('glob1_nextTick');
})
new Promise(function(resolve) {
    console.log('glob1_promise');
    resolve();
}).then(function() {
    console.log('glob1_then')
})

setTimeout(function() {
    console.log('timeout2');
    process.nextTick(function() {
        console.log('timeout2_nextTick');
    })
    new Promise(function(resolve) {
        console.log('timeout2_promise');
        resolve();
    }).then(function() {
        console.log('timeout2_then')
    })
})

process.nextTick(function() {
    console.log('glob2_nextTick');
})
new Promise(function(resolve) {
    console.log('glob2_promise');
    resolve();
}).then(function() {
    console.log('glob2_then')
})

setImmediate(function() {
    console.log('immediate2');
    process.nextTick(function() {
        console.log('immediate2_nextTick');
    })
    new Promise(function(resolve) {
        console.log('immediate2_promise');
        resolve();
    }).then(function() {
        console.log('immediate2_then')
    })
})

这个例子看上去有点复杂，乱七八糟的代码一大堆，不过不用担心，我们一步一步来分析一下。

第一步：宏任务script首先执行。全局入栈。glob1输出。

前端进阶（十二）：详解事件循环机制

script首先执行

第二步，执行过程遇到setTimeout。setTimeout作为任务分发器，将任务分发到对应的宏任务队列中。

setTimeout(function() {
    console.log('timeout1');
    process.nextTick(function() {
        console.log('timeout1_nextTick');
    })
    new Promise(function(resolve) {
        console.log('timeout1_promise');
        resolve();
    }).then(function() {
        console.log('timeout1_then')
    })
})

前端进阶（十二）：详解事件循环机制

timeout1进入对应队列

第三步：执行过程遇到setImmediate。setImmediate也是一个宏任务分发器，将任务分发到对应的任务队列中。setImmediate的任务队列会在setTimeout队列的后面执行。

setImmediate(function() {
    console.log('immediate1');
    process.nextTick(function() {
        console.log('immediate1_nextTick');
    })
    new Promise(function(resolve) {
        console.log('immediate1_promise');
        resolve();
    }).then(function() {
        console.log('immediate1_then')
    })
})

前端进阶（十二）：详解事件循环机制

进入setImmediate队列

第四步：执行遇到nextTick，process.nextTick是一个微任务分发器，它会将任务分发到对应的微任务队列中去。

process.nextTick(function() {
    console.log('glob1_nextTick');
})

前端进阶（十二）：详解事件循环机制

nextTick

第五步：执行遇到Promise。Promise的then方法会将任务分发到对应的微任务队列中，但是它构造函数中的方法会直接执行。因此，glob1_promise会第二个输出。

new Promise(function(resolve) {
    console.log('glob1_promise');
    resolve();
}).then(function() {
    console.log('glob1_then')
})

前端进阶（十二）：详解事件循环机制

先是函数调用栈的变化

前端进阶（十二）：详解事件循环机制

然后glob1_then任务进入队列

第六步：执行遇到第二个setTimeout。

setTimeout(function() {
    console.log('timeout2');
    process.nextTick(function() {
        console.log('timeout2_nextTick');
    })
    new Promise(function(resolve) {
        console.log('timeout2_promise');
        resolve();
    }).then(function() {
        console.log('timeout2_then')
    })
})

前端进阶（十二）：详解事件循环机制

timeout2进入对应队列

第七步：先后遇到nextTick与Promise

process.nextTick(function() {
    console.log('glob2_nextTick');
})
new Promise(function(resolve) {
    console.log('glob2_promise');
    resolve();
}).then(function() {
    console.log('glob2_then')
})

前端进阶（十二）：详解事件循环机制

glob2_nextTick与Promise任务分别进入各自的队列

第八步：再次遇到setImmediate。

setImmediate(function() {
    console.log('immediate2');
    process.nextTick(function() {
        console.log('immediate2_nextTick');
    })
    new Promise(function(resolve) {
        console.log('immediate2_promise');
        resolve();
    }).then(function() {
        console.log('immediate2_then')
    })
})

前端进阶（十二）：详解事件循环机制

nextTick

这个时候，script中的代码就执行完毕了，执行过程中，遇到不同的任务分发器，就将任务分发到各自对应的队列中去。接下来，将会执行所有的微任务队列中的任务。

其中，nextTick队列会比Promie先执行。nextTick中的可执行任务执行完毕之后，才会开始执行Promise队列中的任务。

当所有可执行的微任务执行完毕之后，这一轮循环就表示结束了。下一轮循环继续从宏任务队列开始执行。

这个时候，script已经执行完毕，所以就从setTimeout队列开始执行。

前端进阶（十二）：详解事件循环机制

第二轮循环初始状态

setTimeout任务的执行，也依然是借助函数调用栈来完成，并且遇到任务分发器的时候也会将任务分发到对应的队列中去。

只有当setTimeout中所有的任务执行完毕之后，才会再次开始执行微任务队列。并且清空所有的可执行微任务。

setTiemout队列产生的微任务执行完毕之后，循环则回过头来开始执行setImmediate队列。仍然是先将setImmediate队列中的任务执行完毕，再执行所产生的微任务。

当setImmediate队列执行产生的微任务全部执行之后，第二轮循环也就结束了。

大家需要注意这里的循环结束的时间节点。

当我们在执行setTimeout任务中遇到setTimeout时，它仍然会将对应的任务分发到setTimeout队列中去，但是该任务就得等到下一轮事件循环执行了。例子中没有涉及到这么复杂的嵌套，大家可以动手添加或者修改他们的位置来感受一下循环的变化。

OK，到这里，事件循环我想我已经表述得很清楚了，能不能理解就看读者老爷们有没有耐心了。我估计很多人会理解不了循环结束的节点。

当然，这些顺序都是v8的一些实现。我们也可以根据上面的规则，来尝试实现一下事件循环的机制。

// 用数组模拟一个队列
var tasks = [];

// 模拟一个事件分发器
var addFn1 = function(task) {
    tasks.push(task);
}

// 执行所有的任务
var flush = function() {
    tasks.map(function(task) {
        task();
    })
}

// 最后利用setTimeout/或者其他你认为合适的方式丢入事件循环中
setTimeout(function() {
    flush();
})

// 当然，也可以不用丢进事件循环，而是我们自己手动在适当的时机去执行对应的某一个方法

var dispatch = function(name) {
    tasks.map(function(item) {
        if(item.name == name) {
            item.handler();
        }
    })
}

// 当然，我们把任务丢进去的时候，多保存一个name即可。
// 这时候，task的格式就如下
demoTask =  {
    name: 'demo',
    handler: function() {}
}

// 于是，一个订阅-通知的设计模式就这样轻松的被实现了

这样，我们就模拟了一个任务队列。我们还可以定义另外一个队列，利用上面的各种方式来规定他们的优先级。

因此，在老的浏览器没有支持Promise的时候，就可以利用setTimeout等方法，来模拟实现Promise，具体如何做到的，下一篇文章我们慢慢分析。


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