从一道题浅说 JavaScript 的事件循环
**注:本篇文章运行环境为当前最新版本的谷歌浏览器(72.0.3626.109)**
任务队列
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首先我们需要明白以下几件事情:
* JS分为同步任务和异步任务
* 同步任务都在主线程上执行,形成一个执行栈
* 主线程之外,事件触发线程管理着一个任务队列,只要异步任务有了运行结果,就在任务队列之中放置一个事件。
* 一旦执行栈中的所有同步任务执行完毕(此时JS引擎空闲),系统就会读取任务队列,将可运行的异步任务添加到可执行栈中,开始执行。
根据规范,事件循环是通过[任务队列](https://www.w3.org/TR/html5/webappapis.html#task-queues)的机制来进行协调的。一个 Event Loop 中,可以有一个或者多个任务队列(task queue),一个任务队列便是一系列有序任务(task)的集合;**每个任务都有一个任务源(task source),源自同一个任务源的 task 必须放到同一个任务队列,从不同源来的则被添加到不同队列。** setTimeout/Promise 等API便是任务源,而进入任务队列的是他们指定的具体执行任务。

宏任务
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(macro)task(又称之为宏任务),可以理解是每次执行栈执行的代码就是一个宏任务(包括每次从事件队列中获取一个事件回调并放到执行栈中执行)。
浏览器为了能够使得JS内部(macro)task与DOM任务能够有序的执行,**会在一个(macro)task执行结束后,在下一个(macro)task 执行开始前,对页面进行重新渲染**,流程如下:
(macro)task->渲染->(macro)task->...
(macro)task主要包含:script(整体代码)、setTimeout、setInterval、I/O、UI交互事件、postMessage、MessageChannel、setImmediate(Node.js 环境)
微任务
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microtask(又称为微任务),**可以理解是在当前 task 执行结束后立即执行的任务**。也就是说,在当前task任务后,下一个task之前,在渲染之前。
所以它的响应速度相比setTimeout(setTimeout是task)会更快,因为无需等渲染。也就是说,在某一个macrotask执行完后,就会将在它执行期间产生的所有microtask都执行完毕(在渲染前)。
microtask主要包含:Promise.then、MutaionObserver、process.nextTick(Node.js 环境)
运行机制
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在事件循环中,每进行一次循环操作称为 tick,每一次 tick 的任务[处理模型](https://www.w3.org/TR/html5/webappapis.html#event-loops-processing-model)是比较复杂的,但关键步骤如下:
* 执行一个宏任务(栈中没有就从事件队列中获取)
* 执行过程中如果遇到微任务,就将它添加到微任务的任务队列中
* 宏任务执行完毕后,立即执行当前微任务队列中的所有微任务(依次执行)
* 当前宏任务执行完毕,开始检查渲染,然后GUI线程接管渲染
* 渲染完毕后,JS线程继续接管,开始下一个宏任务(从事件队列中获取)
流程图如下:
[](https://camo.githubusercontent.com/47479c8773d91e8eef4a359eca57bb1361183b9e/68747470733a2f2f692e6c6f6c692e6e65742f323031392f30322f30382f356335643661353238626461662e6a7067)
Promise和async中的立即执行
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我们知道Promise中的异步体现在`then`和`catch`中,所以写在Promise中的代码是被当做同步任务立即执行的。而在async/await中,在出现await出现之前,其中的代码也是立即执行的。那么出现了await时候发生了什么呢?
await做了什么
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从字面意思上看await就是等待,await 等待的是一个表达式,这个表达式的返回值可以是一个promise对象也可以是其他值。
很多人以为await会一直等待之后的表达式执行完之后才会继续执行后面的代码,**实际上await是一个让出线程的标志。await后面的表达式会先执行一遍,将await后面的代码加入到microtask中,然后就会跳出整个async函数来执行后面的代码。**
这里感谢[@chenjigeng](https://github.com/chenjigeng)的纠正:
由于因为async await 本身就是promise+generator的语法糖。所以await后面的代码是microtask。所以对于本题中的
```javascript
async function async1() {
console.log('async1 start');
await async2();
console.log('async1 end');
}
```
等价于
```javascript
async function async1() {
console.log('async1 start');
Promise.resolve(async2()).then(() ={
console.log('async1 end');
})
}
```
回到本题
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```javascript
//请写出输出内容
async function async1() {
console.log('async1 start');
await async2();
console.log('async1 end');
}
async function async2() {
console.log('async2');
}
console.log('script start'); // 1
setTimeout(function() {
console.log('setTimeout');
}, 0)
async1();
new Promise(function(resolve) {
console.log('promise1');
resolve();
}).then(function() {
console.log('promise2');
});
console.log('script end');
/*
script start
async1 start
async2
promise1
script end
async1 end
promise2
setTimeout
*/
```
这道题主要考察的是事件循环中函数执行顺序的问题,其中包括`async` ,`await`,`setTimeout`,`Promise`函数。下面来说一下本题中涉及到的知识点。
以上就本道题涉及到的所有相关知识点了,下面我们再回到这道题来一步一步看看怎么回事儿。
1. 首先,事件循环从宏任务(macrotask)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;当遇到任务源(task source)时,则会先分发任务到对应的任务队列中去。所以,上面例子的第一步执行如下图所示:

2. 然后我们看到首先定义了两个async函数,接着往下看,然后遇到了 `console` 语句,直接输出 `script start`。输出之后,script 任务继续往下执行,遇到 `setTimeout`,其作为一个宏任务源,则会先将其任务分发到对应的队列中:

3. script 任务继续往下执行,执行了async1()函数,前面讲过async函数中在await之前的代码是立即执行的,所以会立即输出`async1 start`。
遇到了await时,会将await后面的表达式执行一遍,所以就紧接着输出`async2`,然后将await后面的代码也就是`console.log('async1 end')`加入到microtask中的Promise队列中,接着跳出async1函数来执行后面的代码。

4. script任务继续往下执行,遇到Promise实例。由于Promise中的函数是立即执行的,而后续的 `.then` 则会被分发到 microtask 的 `Promise` 队列中去。所以会先输出 `promise1`,然后执行 `resolve`,将 `promise2` 分配到对应队列。

5. script任务继续往下执行,最后只有一句输出了 `script end`,至此,全局任务就执行完毕了。
根据上述,每次执行完一个宏任务之后,会去检查是否存在 Microtasks;如果有,则执行 Microtasks 直至清空 Microtask Queue。
因而在script任务执行完毕之后,开始查找清空微任务队列。此时,微任务中, `Promise` 队列有的两个任务`async1 end`和`promise2`,因此按先后顺序输出 `async1 end,promise2`。当所有的 Microtasks 执行完毕之后,表示第一轮的循环就结束了。
6. 第二轮循环开始,这个时候就会跳回async1函数中执行后面的代码,然后遇到了同步任务 `console` 语句,直接输出 `async1 end`。这样第二轮的循环就结束了。(也可以理解为被加入到script任务队列中,所以会先与setTimeout队列执行)
7. 第二轮循环依旧从宏任务队列开始。此时宏任务中只有一个 `setTimeout`,取出直接输出即可,至此整个流程结束。
下面我会改变一下代码来加深印象。
变式一
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在第一个变式中我将async2中的函数也变成了Promise函数,代码如下:
```javascript
async function async1() {
console.log('async1 start');
await async2();
console.log('async1 end');
}
async function async2() {
//async2做出如下更改:
new Promise(function(resolve) {
console.log('promise1');
resolve();
}).then(function() {
console.log('promise2');
});
}
console.log('script start');
setTimeout(function() {
console.log('setTimeout');
}, 0)
async1();
new Promise(function(resolve) {
console.log('promise3');
resolve();
}).then(function() {
console.log('promise4');
});
console.log('script end');
```
可以先自己看看输出顺序会是什么,下面来公布结果:
```
script start
async1 start
promise1
promise3
script end
promise2
async1 end
promise4
setTimeout
```
在第一次macrotask执行完之后,也就是输出`script end`之后,会去清理所有microtask。所以会相继输出`promise2`, `async1 end` ,`promise4`,其余不再多说。
变式二
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在第二个变式中,我将async1中await后面的代码和async2的代码都改为异步的,代码如下:
```javascript
async function async1() {
console.log('async1 start');
await async2();
//更改如下:
setTimeout(function() {
console.log('setTimeout1')
},0)
}
async function async2() {
//更改如下:
setTimeout(function() {
console.log('setTimeout2')
},0)
}
console.log('script start');
setTimeout(function() {
console.log('setTimeout3');
}, 0)
async1();
new Promise(function(resolve) {
console.log('promise1');
resolve();
}).then(function() {
console.log('promise2');
});
console.log('script end');
```
可以先自己看看输出顺序会是什么,下面来公布结果:
```
script start
async1 start
promise1
script end
promise2
setTimeout3
setTimeout2
setTimeout1
```
在输出为`promise2`之后,接下来会按照加入setTimeout队列的顺序来依次输出,通过代码我们可以看到加入顺序为`3 2 1`,所以会按3,2,1的顺序来输出。
变式三
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变式三是我在一篇面经中看到的原题,整体来说大同小异,代码如下:
```javascript
async function a1 () {
console.log('a1 start')
await a2()
console.log('a1 end')
}
async function a2 () {
console.log('a2')
}
console.log('script start')
setTimeout(() ={
console.log('setTimeout')
}, 0)
Promise.resolve().then(() ={
console.log('promise1')
})
a1()
let promise2 = new Promise((resolve) ={
resolve('promise2.then')
console.log('promise2')
})
promise2.then((res) ={
console.log(res)
Promise.resolve().then(() ={
console.log('promise3')
})
})
console.log('script end')
```
无非是在微任务那块儿做点文章,前面的内容如果你都看懂了的话这道题一定没问题的,结果如下:
```
script start
a1 start
a2
promise2
script end
promise1
a1 end
promise2.then
promise3
setTimeout
```
参考文章
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* [从一道题浅说 JavaScript 的事件循环](https://github.com/dwqs/blog/issues/61)
* [async/await 执行顺序详解](https://segmentfault.com/a/1190000011296839)