深入理解JavaScript的事件循环（Event Loop）
一、什么是事件循环
JS的代码执行是基于一种事件循环的机制，之所以称作事件循环，MDN给出的解释为
因为它经常被用于类似如下的方式来实现
while (queue.waitForMessage()) { queue.processNextMessage(); }如果当前没有任何消息
queue.waitForMessage会等待同步消息到达
我们可以把它当成一种程序结构的模型，处理的方案。更详细的描述可以查看 这篇文章
而JS的运行环境主要有两个：浏览器、Node。
在两个环境下的Event Loop实现是不一样的，在浏览器中基于 规范 来实现，不同浏览器可能有小小区别。在Node中基于 libuv 这个库来实现
JS是单线程执行的，而基于事件循环模型，形成了基本没有阻塞（除了alert或同步XHR等操作）的状态
二、Macrotask 与 Microtask
根据 规范，每个线程都有一个事件循环（Event Loop），在浏览器中除了主要的页面执行线程 外，Web worker是在一个新的线程中运行的，所以可以将其独立看待。
每个事件循环有至少一个任务队列（Task Queue，也可以称作Macrotask宏任务），各个任务队列中放置着不同来源（或者不同分类）的任务，可以让浏览器根据自己的实现来进行优先级排序
以及一个微任务队列（Microtask Queue），主要用于处理一些状态的改变，UI渲染工作之前的一些必要操作（可以防止多次无意义的UI渲染）
主线程的代码执行时，会将执行程序置入执行栈（Stack）中，执行完毕后出栈，另外有个堆空间（Heap），主要用于存储对象及一些非结构化的数据
一开始
宏任务与微任务队列里的任务随着：任务进栈、出栈、任务出队、进队之间交替着进行
从macrotask队列中取出一个任务处理，处理完成之后（此时执行栈应该是空的），从microtask队列中一个个按顺序取出所有任务进行处理，处理完成之后进入UI渲染后续工作
需要注意的是：microtask并不是在macrotask完成之后才会触发，在回调函数之后，只要执行栈是空的，就会执行microtask。也就是说，macrotask执行期间，执行栈可能是空的（比如在冒泡事件的处理时）
然后循环继续
常见的macrotask有：
-
run <script>（同步的代码执行） - setTimeout
-
setInterval -
setImmediate (Node环境中) -
requestAnimationFrame -
I/O
-
UI rendering
常见的microtask有：
-
process.nextTick (Node环境中) -
Promise callback
-
Object.observe (基本上已经废弃) -
MutationObserver
macrotask种类很多，还有 dispatch event事件派发等
run <script>这个可能看起来比较奇怪，可以把它看成一段代码（针对单个<script>标签）的同步顺序执行，主要用来描述执行程序的第一步执行
dispatch event主要用来描述事件触发之后的执行任务，比如用户点击一个按钮，触发的onClick回调函数。需要注意的是，事件的触发是同步的，这在下文有例子说明
注：
当然，也可认为 run <script>不属于macrotask，毕竟规范也没有这样的说明，也可以将其视为主线程上的同步任务，不在主线程上的其他部分为异步任务
三、在浏览器中的实现
先来看看这段蛮复杂的代码，思考一下会输出什么
console.log('start');
var intervalA = setInterval(() => {
console.log('intervalA');
}, 0);
setTimeout(() => {
console.log('timeout');
clearInterval(intervalA);
}, 0);
var intervalB = setInterval(() => {
console.log('intervalB');
}, 0);
var intervalC = setInterval(() => {
console.log('intervalC');
}, 0);
new Promise((resolve, reject) => {
console.log('promise');
for (var i = 0; i < 10000; ++i) {
i === 9999 && resolve();
}
console.log('promise after for-loop');
}).then(() => {
console.log('promise1');
}).then(() => {
console.log('promise2');
clearInterval(intervalB);
});
new Promise((resolve, reject) => {
setTimeout(() => {
console.log('promise in timeout');
resolve();
});
console.log('promise after timeout');
}).then(() => {
console.log('promise4');
}).then(() => {
console.log('promise5');
clearInterval(intervalC);
});
Promise.resolve().then(() => {
console.log('promise3');
});
console.log('end');
上述代码结合了常规执行代码，setTimeout，setInterval，Promise
答案为
在解释为什么之前，先看一个更简单的例子
console.log('start');
setTimeout(() => {
console.log('timeout');
}, 0);
Promise.resolve().then(() => {
console.log('promise');
});
console.log('end');
大概的步骤，文字有点多
1. 运行时（runtime）识别到log方法为一般的函数方法，将其入栈，然后执行输出 start 再出栈
2. 识别到setTimeout为特殊的异步方法（macrotask），将其交由其他内核模块处理，setTimeout的匿名回调函数被放入macrotask队列中，并设置了一个 0ms的立即执行标识（提供后续模块的检查）
3. 识别到Promise的resolve方法为一般的方法，将其入栈，然后执行 再出栈
4. 识别到then为Promise的异步方法(microtask)，将其交由其他内核模块处理，匿名回调函数被放入microtask队列中
5. 识别到log方法为一般的函数方法，将其入栈，然后执行输出 end 再出栈
6. 主线程执行完毕，栈为空，随即从microtask队列中取出队首的项，
这里队首为匿名函数，匿名函数里面有 console的log方法，也将其入栈（如果执行过程中识别到特殊的方法，就在这时交给其他模块处理到对应队列尾部），
输出 promise后出栈，并将这一项从队列中移除
7. 继续检查microtask队列，当前队列为空，则将当前macrotask出队，进入下一步（如果不为空，就继续取下一个microtask执行）
8.检查是否需要进行UI重新渲染等，进行渲染...
9. 进入下一轮事件循环，检查macrotask队列，取出一项进行处理
所以最终的结果是
再看上面那个例子，对比起来只是代码多了点，混入了setInterval，多个setTimeout与promise的函数部分，按照上面的思路，应该不难理解
需要注意的三点：
1. clearInterval(intervalA); 运行的时候，实际上已经执行了 intervalA 的macrotask了
2. promise函数内部是同步处理的，不会放到队列中，放入队列中的是它的then或catch回调
3. promise的then返回的还是promise，所以在输出promise4后，继续检测到后续的then方法，马上放到microtask队列尾部，再继续取出执行，马上输出promise5；
而输出promise1之后，为什么没有马上输出promise2呢？因为此时promise1所在任务之后是promise3的任务，1和3在promise函数内部返回后就添加至队列中，2在1执行之后才添加
再来看个例子，就有点微妙了
<script> console.log('start'); setTimeout(() => { console.log('timeout1'); }, 0); Promise.resolve().then(() => { console.log('promise1'); }); </script> <script> setTimeout(() => { console.log('timeout2'); }, 0); requestAnimationFrame(() => { console.log('requestAnimationFrame'); }); Promise.resolve().then(() => { console.log('promise2'); }); console.log('end'); </script>
输出结果
requestAnimationFrame是在setTimeout之前执行的，start之后并不是直接输出end，也许这两个<script>标签被独立处理了
来看一个关于DOM操作的例子，Tasks, microtasks, queues and schedules
<style type="text/css"> .outer { width: 100px; background: #eee; height: 100px; margin-left: 300px; margin-top: 150px; display: flex; align-items: center; justify-content: center; } .inner { width: 50px; height: 50px; background: #ddd; } </style> <script> var outer = document.querySelector('.outer'), inner = document.querySelector('.inner'), clickTimes = 0; new MutationObserver(() => { console.log('mutate'); }).observe(outer, { attributes: true }); function onClick() { console.log('click'); setTimeout(() => { console.log('timeout'); }, 0); Promise.resolve().then(() => { console.log('promise'); }); outer.setAttribute('data-click', clickTimes++); } inner.addEventListener('click', onClick); outer.addEventListener('click', onClick); // inner.click(); // console.log('done'); </script>
点击内部的inner块，会输出什么呢？
MutationObserver优先级比promise高，虽然在一开始就被定义，但实际上是触发之后才会被添加到microtask队列中，所以先输出了promise
两个timeout回调都在最后才触发，因为click事件冒泡了，事件派发这个macrotask任务包括了前后两个onClick回调，两个回调函数都执行完之后，才会执行接下来的 setTimeout任务
期间第一个onClick回调完成后执行栈为空，就马上接着执行microtask队列中的任务
如果把代码的注释去掉，使用代码自动 click()，思考一下，会输出什么？
可以看到，事件处理是同步的，done在连续输出两个click之后才输出
而mutate只有一个，是因为当前执行第二个onClick回调的时候，microtask队列中已经有一个MutationObserver，它是第一个回调的，因为事件同步的原因没有被及时执行。浏览器会对MutationObserver进行优化，不会重复添加监听回调
四、在Node中的实现
在Node环境中，macrotask部分主要多了setImmediate，microtask部分主要多了process.nextTick，而这个nextTick是独立出来自成队列的，优先级高于其他microtask
不过事件循环的的实现就不太一样了，可以参考 Node事件文档 libuv事件文档
Node中的事件循环有6个阶段
- timers：执行
setTimeout()和setInterval()中到期的callback - I/O callbacks：上一轮循环中有少数的I/Ocallback会被延迟到这一轮的这一阶段执行
- idle, prepare：仅内部使用
- poll：最为重要的阶段，执行I/O callback，在适当的条件下会阻塞在这个阶段
- check：执行setImmediate的callback
- close callbacks：执行close事件的callback，例如
socket.on("close",func)
每一轮事件循环都会经过六个阶段，在每个阶段后，都会执行microtask
比较特殊的是在poll阶段，执行程序同步执行poll队列里的回调，直到队列为空或执行的回调达到系统上限
接下来再检查有无预设的setImmediate，如果有就转入check阶段，没有就先查询最近的timer的距离，以其作为poll阶段的阻塞时间，如果timer队列是空的，它就一直阻塞下去
而nextTick并不在这些阶段中执行，它在每个阶段之后都会执行
看一个例子
setTimeout(() => console.log(1)); setImmediate(() => console.log(2)); process.nextTick(() => console.log(3)); Promise.resolve().then(() => console.log(4)); console.log(5);
根据以上知识，应该很快就能知道输出结果是 5 3 4 1 2
修改一下
process.nextTick(() => console.log(1)); Promise.resolve().then(() => console.log(2)); process.nextTick(() => console.log(3)); Promise.resolve().then(() => { process.nextTick(() => console.log(0)); console.log(4); });
输出为 1 3 2 4 0，因为nextTick队列优先级高于同一轮事件循环中其他microtask队列
修改一下
process.nextTick(() => console.log(1)); console.log(0); setTimeout(()=> { console.log('timer1'); Promise.resolve().then(() => { console.log('promise1'); }); }, 0); process.nextTick(() => console.log(2)); setTimeout(()=> { console.log('timer2'); process.nextTick(() => console.log(3)); Promise.resolve().then(() => { console.log('promise2'); }); }, 0);
输出为
与在浏览器中不同，这里promise1并不是在timer1之后输出，因为在setTimeout执行的时候是出于timer阶段，会先一并处理timer回调
setTimeout是优先于setImmediate的，但接下来这个例子却不一定是先执行setTimeout的回调
setTimeout(() => { console.log('timeout'); }, 0); setImmediate(() => { console.log('immediate'); });
因为在Node中识别不了0ms的setTimeout，至少也得1ms.
所以，如果在进入该轮事件循环的时候，耗时不到1ms，则setTimeout会被跳过，进入check阶段执行setImmediate回调，先输出 immediate
如果超过1ms，timer阶段中就可以马上处理这个setTimeout回调，先输出 timeout
修改一下代码，读取一个文件让事件循环进入IO文件读取的poll阶段
let fs = require('fs');
fs.readFile('./event.html', () => {
setTimeout(() => {
console.log('timeout');
}, 0);
setImmediate(() => {
console.log('immediate');
});
});
这么一来，输出结果肯定就是 先 immediate 后 timeout
五、用好事件循环
知道JS的事件循环是怎么样的了，就需要知道怎么才能把它用好
1. 在microtask中不要放置复杂的处理程序，防止阻塞UI的渲染
2. 可以使用process.nextTick处理一些比较紧急的事情
3. 可以在setTimeout回调中处理上轮事件循环中UI渲染的结果
4. 注意不要滥用setInterval和setTimeout，它们并不是可以保证能够按时处理的，setInterval甚至还会出现丢帧的情况，可考虑使用 requestAnimationFrame
5. 一些可能会影响到UI的异步操作，可放在promise回调中处理，防止多一轮事件循环导致重复执行UI的渲染
6. 在Node中使用immediate来可能会得到更多的保证
7. 不要纠结
