转载：JavaScript线程机制与事件机制

引子

本文介绍JavaScript运行机制，这一部分比较抽象，我们先从一道面试题入手：

console.log(1);
setTimeout(function(){
console.log(3);
},0);
console.log(2);

请问数字打印顺序是什么？题目的答案是依次输出1 2 3 

再看一道题

  <div class="test">测试内容</div>
  <script>
    $('.test').text('内容改变')
    alert($('.test').text())
    // 页面加载后首先时alert弹出，alert的内容为 ‘内容改变’，而dom此时还未发生变化，dom的内容是‘测试内容’
    // 然后会一直堵塞，直到我们点击确认，alert消失时，页面内容才会变成‘内容改变’
    // 所以alert prompt confirm等提示框都会跳过页面渲染先执行
  </script>

解决这个问题之前先了解一下它是怎么导致的，而要了解它需要从 JavaScript 的线程模型说起。

JavaScript 引擎是单线程运行的，浏览器无论在什么时候都只且只有一个线程在运行 JavaScript 程序，初衷是为了减少 DOM 等共享资源的冲突。可是单线程永远会面临着一个问题，那就是某一段代码阻塞会导致后续所有的任务都延迟。又由于 JavaScript 经常需要操作页面 DOM 和发送 HTTP 请求，这些 I/O 操作耗时一般都比较长，一旦阻塞，就会给用户非常差的使用体验。

于是便有了事件循环（event loop）的产生，JavaScript 将一些异步操作或 有I/O 阻塞的操作全都放到一个事件队列，先顺序执行同步 CPU代码，等到 JavaScript 引擎没有同步代码，CPU 空闲下来再读取事件队列的异步事件来依次执行。

这些事件包括：

  • setTimeout() 设置的异步延迟事件；
  • DOM 操作相关如布局和绘制事件；
  • 网络 I/O 如 AJAX 请求事件；
  • 用户操作事件，如鼠标点击、键盘敲击。

明白了原理， 再解决这个问题就有了方向，我们来分析这个问题：

  1. 由于页面渲染是 DOM 操作，会被 JavaScript 引擎放入事件队列；
  2. alert() 是 window 的内置函数，被认为是同步 CPU代码；
  3. JavaScript 引擎会优先执行同步代码，alert 弹窗先出现；
  4. alert 有特殊的阻塞性质，JavaScript 引擎的执行被阻塞住；
  5. 点击 alert 的“确定”，JavaScript 没有了阻塞，执行完同步代码后，又读取事件队列里的 DOM 操作，页面渲染完成。

由上述原因，导致了诡异的 “Alert执行顺序问题”。 我们无法将页面渲染变成同步操作，那么只好把 alert() 变为异步代码，从而才能在页面渲染之后执行。

解决方法：

setTimeout() 使用它，可以延迟执行某些代码。而对于延迟执行的代码，JavaScript 引擎总是把这些代码放到事件队列里去，再去检查是否已经到了执行时间，再适时执行。代码进入事件队列，就意味着代码变成和页面渲染事件一样异步了。由于事件队列是有序的，我们如果用 setTimeout 延时执行，就可以实现在页面渲染之后执行 alert 的功能了。

setTimeout 的函数原型为 setTimeout(code, msec)，code 是要变为异步的代码或函数，msec 是要延时的时间，单位为毫秒。这里我们不需要它延时，只需要它变为异步就行了，所以可以将 msec 设置为 0；

  <div class="test">测试内容</div>
  <script>
    $('.test').text('内容改变')
    setTimeout(function(){
      alert($('.test').text())
    },0)
    // 由于使用setTimeout操作，使alert被放入到事件队列 ，
    // 同时 $('.test').text('内容改变')也是在事件队列
    // 所以 dom和alert的内容都是 ‘内容改变’

 下面重点介绍下JavaScript线程机制与事件机制

 

 

一、进程与线程

1.进程

进程是指程序的一次执行,它占有一片独有的内存空间,可以通过windows任务管理器查看进程(如下图)。同一个时间里，同一个计算机系统中允许两个或两个以上的进程处于并行状态，这是多进程。比如电脑同时运行微信，QQ，以及各种浏览器等。浏览器运行是有些是单进程，如firefox和老版IE，有些是多进程，如chrome和新版IE。

2.线程

有些进程还不止同时干一件事，比如Word，它可以同时进行打字、拼写检查、打印等事情。在一个进程内部，要同时干多件事，就需要同时运行多个“子任务”，我们把进程内的这些“子任务”称为线程（Thread）。
线程是指CPU的基本调度单位,是程序执行的一个完整流程，是进程内的一个独立执行单元。多线程是指在一个进程内, 同时有多个线程运行。浏览器运行是多线程。比如用浏览器一边下载，一边听歌，一边看视频。另外我们需要知道JavaScript语言的一大特点就是单线程，为了利用多核CPU的计算能力，HTML5提出Web Worker标准，允许JavaScript脚本创建多个线程，但是子线程完全受主线程控制，且不得操作DOM。所以，这个新标准并没有改变JavaScript单线程的本质。

由于每个进程至少要干一件事，所以，一个进程至少有一个线程。当然，像Word这种复杂的进程可以有多个线程，多个线程可以同时执行，多线程的执行方式和多进程是一样的，也是由操作系统在多个线程之间快速切换，让每个线程都短暂地交替运行，看起来就像同时执行一样。当然，真正地同时执行多线程需要多核CPU才可能实现。

3.进程与线程

  • 应用程序必须运行在某个进程的某个线程上

  • 一个进程中至少有一个运行的线程: 主线程, 进程启动后自动创建

  • 一个进程中如果同时运行多个线程, 那这个程序是多线程运行的

  • 一个进程的内存空间是共享的，每个线程都可以使用这些共享内存。

  • 多个进程之间的数据是不能直接共享的

用官方术语描述:

进程是cpu资源分配的最小单位（是能拥有资源和独立运行的最小单位）

线程是cpu调度的最小单位（线程是建立在进程的基础上的一次程序运行单位，一个进程中可以有多个线程）

进程和线程可以形象比喻为：

进程是一个工厂，工厂有它的独立资源-工厂之间相互独立-线程是工厂中的工人，多个工人协作完成任务-工厂内有一个或多个工人-工人之间共享空间

线程和进程区分不清，是很多新手都会犯的错误，没有关系。这很正常。先看看下面这个形象的比喻：

- 进程是一个工厂，工厂有它的独立资源

- 工厂之间相互独立

- 线程是工厂中的工人，多个工人协作完成任务

- 工厂内有一个或多个工人

- 工人之间共享空间

再完善完善概念：

- 工厂的资源 -> 系统分配的内存（独立的一块内存）

- 工厂之间的相互独立 -> 进程之间相互独立

- 多个工人协作完成任务 -> 多个线程在进程中协作完成任务

- 工厂内有一个或多个工人 -> 一个进程由一个或多个线程组成

- 工人之间共享空间 -> 同一进程下的各个线程之间共享程序的内存空间（包括代码段、数据集、堆等）

然后再巩固下：

如果是windows电脑中，可以打开任务管理器，可以看到有一个后台进程列表。对，那里就是查看进程的地方，而且可以看到每个进程的内存资源信息以及cpu占有率。

所以，应该更容易理解了：进程是cpu资源分配的最小单位（系统会给它分配内存）

最后，再用较为官方的术语描述一遍：

  • 进程是cpu资源分配的最小单位（是能拥有资源和独立运行的最小单位）
  • 线程是cpu调度的最小单位（线程是建立在进程的基础上的一次程序运行单位，一个进程中可以有多个线程）

tips

  • 不同进程之间也可以通信，不过代价较大
  • 现在，一般通用的叫法：单线程与多线程，都是指在一个进程内的单和多。（所以核心还是得属于一个进程才行）

4.单线程与多线程的优缺点?

单线程的优点:顺序编程简单易懂

单线程的缺点:效率低

多线程的优点:能有效提升CPU的利用率

多线程的缺点:

  • 创建多线程开销
  • 线程间切换开销
  • 死锁与状态同步问题

二、浏览器内核

浏览器的内核是指支持浏览器运行的最核心的程序，分为两个部分的，一是渲染引擎，另一个是JS引擎。现在JS引擎比较独立，内核更加倾向于说渲染引擎。

1.不同的浏览器可能不太一样

  • Chrome, Safari: webkit
  • firefox: Gecko
  • IE: Trident
  • 360,搜狗等国内浏览器: Trident + webkit

2.内核由很多模块组成

  • html,css文档解析模块 : 负责页面文本的解析
  • dom/css模块 : 负责dom/css在内存中的相关处理
  • 布局和渲染模块 : 负责页面的布局和效果的绘制
  • 定时器模块 : 负责定时器的管理
  • 网络请求模块 : 负责服务器请求(常规/Ajax)
  • 事件响应模块 : 负责事件的管理

3.浏览器是多线程

虽然JS运行在浏览器中，是单线程的，每个window一个JS线程，但浏览器不是单线程的，例如Webkit或是Gecko引擎，都可能有如下线程：

  • javascript引擎线程
  • 界面渲染线程
  • 浏览器事件触发线程
  • Http请求线程

很多童鞋搞不清，如果js是单线程的，那么谁去轮询大的Event loop事件队列？答案是浏览器会有单独的线程去处理这个队列。

 

重点是浏览器内核（渲染进程）

重点来了，我们可以看到，上面提到了这么多的进程，那么，对于普通的前端操作来说，最终要的是什么呢？答案是渲染进程

可以这样理解，页面的渲染，JS的执行，事件的循环，都在这个进程内进行。接下来重点分析这个进程

请牢记，浏览器的渲染进程是多线程的（这点如果不理解，请回头看进程和线程的区分）

终于到了线程这个概念了?，好亲切。那么接下来看看它都包含了哪些线程（列举一些主要常驻线程）：

  1. GUI渲染线程

    • 负责渲染浏览器界面，解析HTML，CSS，构建DOM树和RenderObject树，布局和绘制等。
    • 当界面需要重绘（Repaint）或由于某种操作引发回流(reflow)时，该线程就会执行
    • 注意，GUI渲染线程与JS引擎线程是互斥的，当JS引擎执行时GUI线程会被挂起（相当于被冻结了），GUI更新会被保存在一个队列中等到JS引擎空闲时立即被执行。

  2. JS引擎线程

    • 也称为JS内核，负责处理Javascript脚本程序。（例如V8引擎）
    • JS引擎线程负责解析Javascript脚本，运行代码。
    • JS引擎一直等待着任务队列中任务的到来，然后加以处理，一个Tab页（renderer进程）中无论什么时候都只有一个JS线程在运行JS程序
    • 同样注意，GUI渲染线程与JS引擎线程是互斥的，所以如果JS执行的时间过长，这样就会造成页面的渲染不连贯，导致页面渲染加载阻塞。

  3. 事件触发线程

    • 归属于浏览器而不是JS引擎，用来控制事件循环（可以理解，JS引擎自己都忙不过来，需要浏览器另开线程协助）
    • 当JS引擎执行代码块如setTimeOut时（也可来自浏览器内核的其他线程,如鼠标点击、AJAX异步请求等），会将对应任务添加到事件线程中
    • 当对应的事件符合触发条件被触发时，该线程会把事件添加到待处理队列的队尾，等待JS引擎的处理

    • 注意，由于JS的单线程关系，所以这些待处理队列中的事件都得排队等待JS引擎处理（当JS引擎空闲时才会去执行）

  4. 定时触发器线程

    • 传说中的setInterval与setTimeout所在线程
    • 浏览器定时计数器并不是由JavaScript引擎计数的,（因为JavaScript引擎是单线程的, 如果处于阻塞线程状态就会影响记计时的准确）
    • 因此通过单独线程来计时并触发定时（计时完毕后，添加到事件队列中，等待JS引擎空闲后执行）
    • 注意，W3C在HTML标准中规定，规定要求setTimeout中低于4ms的时间间隔算为4ms。

  5. 异步http请求线程

    • 在XMLHttpRequest在连接后是通过浏览器新开一个线程请求
    • 将检测到状态变更时，如果设置有回调函数，异步线程就产生状态变更事件，将这个回调再放入事件队列中。再由JavaScript引擎执行。

 

三、定时器引发的思考

1. 定时器真是定时执行的吗?

我们先来看个例子，试问定时器会保证200ms后执行吗？

 document.getElementById('btn').onclick = function () {
      var start = Date.now()
      console.log('启动定时器前...')
      setTimeout(function () {
        console.log('定时器执行了', Date.now() - start)
      }, 200)
      console.log('启动定时器后...')
      // 做一个长时间的工作
      for (var i = 0; i < 1000000000; i++) {
      }
    }


事实上，经过了625ms后定时器才执行。定时器并不能保证真正定时执行，一般会延迟一丁点,也有可能延迟很长时间(比如上面的例子)

2.定时器回调函数是在分线程执行的吗?

定时器回调函数在主线程执行的, 具体实现方式下文会介绍。

四、浏览器的事件循环(轮询)模型

1. 为什么JavaScript是单线程

JavaScript语言的一大特点就是单线程，也就是说，同一个时间只能做一件事。即单线程就意味着，所有任务需要排队，前一个任务结束，才会执行后一个任务。如果前一个任务耗时很长，后一个任务就不得不一直等着。

那么，为什么JavaScript不能有多个线程呢？这样能提高效率啊。

JavaScript的单线程，与它的用途有关。作为浏览器脚本语言，JavaScript的主要用途是与用户互动，以及操作DOM。这决定了它只能是单线程，否则会带来很复杂的同步问题。比如，假定JavaScript同时有两个线程，一个线程在某个DOM节点上添加内容，另一个线程删除了这个节点，这时浏览器应该以哪个线程为准？

所以，为了避免复杂性，从一诞生，JavaScript就是单线程，这已经成了这门语言的核心特征，将来也不会改变。
为了利用多核CPU的计算能力，HTML5提出Web Worker标准，允许JavaScript脚本创建多个线程，但是子线程完全受主线程控制，且不得操作DOM。所以，这个新标准并没有改变JavaScript单线程的本质。

2.Event Loop

JavaScript语言的设计者意识到单线程意味着排队，同一时间只能做一件事，所以将所有任务分成两种，一种是同步任务（synchronous），另一种是异步任务（asynchronous）如各种浏览器事件、定时器和Ajax等。

同步任务指的是，在主线程上排队执行的任务，只有前一个任务执行完毕，才能执行后一个任务；

例如：

console.log("A");
while(true){ }
console.log("B");
请问最后的输出结果是什么？

如果你的回答是A,恭喜你答对了，因为这是同步任务，程序由上到下执行，遇到while()死循环，下面语句就没办法执行。

异步任务指的是，不进入主线程、而进入"任务队列"（task queue）的任务，只有"任务队列"通知主线程，某个异步任务可以执行了，该任务才会进入主线程执行。

例如：
console.log("A");
setTimeout(function(){
console.log("B");
},0);
while(true){}
请问最后的输出结果是什么？

如果你的答案是A，恭喜你现在对js运行机制已经有个粗浅的认识了！题目中的setTimeout()就是个异步任务。在所有同步任务执行完之前，任何的异步任务是不会执行的

具体来说，异步执行的运行机制如下。（同步执行也是如此，因为它可以被视为没有异步任务的异步执行。）

（1）所有同步任务都在主线程上执行，形成一个执行栈（execution context stack）。

（2）主线程之外，还存在一个"任务队列"（task queue）。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。

（3）一旦"执行栈"中的所有同步任务执行完毕，系统就会读取"任务队列"，看看里面有哪些事件。那些对应的异步任务，于是结束等待状态，进入执行栈，开始执行。

（4）主线程不断重复上面的第三步

ps:

js执行栈又可称事件循环：（事件循环是指主线程重复从消息队列中取消息、执行的过程）

js任务队列又可称消息队列（消息队列是一个先进先出的队列，它里面存放着各种消息，消息可简单理解为回调函数）

主线程从"任务队列"中读取事件，这个过程是循环不断的，所以整个的这种运行机制又称为Event Loop（事件循环）

一般来说，有以下四种会放入异步任务队列：

1.setTimeout() 设置的异步延迟事件；

2.DOM 操作相关如布局和绘制事件；

3.网络 I/O 如 AJAX 请求事件；

4.用户操作事件，如鼠标点击、键盘敲击。

 

上图Event Loop大致描述就是：

  • 主线程运行时会产生执行栈，栈中的代码调用某些api时，它们会在事件队列中添加各种事件（当满足触发条件后，如ajax请求完毕）
  • 而栈中的代码执行完毕，就会读取事件队列中的事件，去执行那些回调
  • 如此循环
  • 注意，总是要等待栈中的代码执行完毕后才会去读取事件队列中的事件


下面这个例子很好阐释事件循环：

    setTimeout(function () {
      console.log('timeout 2222')
      alert('22222222')
    }, 2000)
    setTimeout(function () {
      console.log('timeout 1111')
      alert('1111111')
    }, 1000)
    setTimeout(function () {
      console.log('timeout() 00000')
    }, 0)//当指定的值小于 4 毫秒，则增加到 4ms（4ms 是 HTML5 标准指定的，对于 2010 年及之前的浏览器则是 10ms）
    function fn() {
      console.log('fn()')
    }
    fn()
    console.log('alert()之前')
    alert('------') //暂停当前主线程的执行, 同时暂停计时, 点击确定后, 恢复程序执行和计时
    console.log('alert()之后')

有两点我们需要注意下：

  • 定时器零延迟(setTimeout(func, 0))并不是意味着回调函数立刻执行。至少4ms,才会执行回调函数。它取决于主线程当前是否空闲与“任务队列”里其前面正在等待的任务。
  • 只有在到达指定时间时，定时器就会将相应回调函数插入“任务队列”尾部

总结:异步任务（各种浏览器事件、定时器和Ajax等）都是先添加到“任务队列”（定时器则到达其指定参数时）。当 Stack 栈（JavaScript 主线程）为空时，就会读取 Queue 队列（任务队列）的第一个任务（队首），最后执行。

补充1：

放入异步任务队列的时机，我们通过 setTimeout的例子来详细说明：

  <script>
    for(var i=0;i<5;i++){
      setTimeout(function(){
        console.log(i)
      },1000)
    }         //结果输出5个5
  </script>

for循环一次碰到一个 setTimeout()，并不是马上把setTimeout()拿到异步队列中，而要等到一秒后，才将其放到任务队列里面，一旦"执行栈"中的所有同步任务执行完毕（即for循环结束，此时i已经为5），系统就会读取已经存放"任务队列"的setTimeout()（有五个），于是答案是输出5个5。

因为 for 循环会先执行完（同步优先于异步优先于回调），这时五个 setTimeout 的回调全部塞入了事件队列中，然后 1 秒后一起执行了。

因为 setTimeout 的 console.log(i); 的i是 var 定义的，所以是函数级的作用域，不属于 for 循环体，属于 global。等到 for 循环结束，i 已经等于 5 了，这个时候再执行 setTimeout 的五个回调函数（参考上面对事件机制的阐述），里面的 console.log(i); 的 i 去向上找作用域，只能找到 global下 的 i，即 5。所以输出都是 5。

解决办法：人为给 console.log(i); 创造作用域，保存i的值。

解决方法1：使用let

  <script>
    for(let i=0;i<5;i++){
      setTimeout(function(){
        console.log(i)
      },1000)
    }         
  </script>

let 为代码块的作用域，所以每一次 for 循环，console.log(i); 都引用到 for 代码块作用域下的i，因为这样被引用，所以 for 循环结束后，这些作用域在 setTimeout 未执行前都不会被释放。

 

解决方法2：使用立即执行函数

  <script>
    for(var i=0;i<5;i++){
      (function(i){
        setTimeout(function(){
          console.log(i)
        },1000)
      })(i)
    }    
  </script>

里用到立刻执行函数。这样 console.log(i); 中的i就保存在每一次循环生成的立刻执行函数中的作用域里了。

解决方法3:闭包

for(var i = 1;i < 5;i++){  
  var a = function(){  
      var j = i;    
    setTimeout(function(){  
          console.log(j);  
      },1000)  
  }    
a();
}

 补充2：

以异步AJAX为例，说明Event loop执行机制

假设存在如下的代码

$.ajax('http://segmentfault.com', function(resp) {
    console.log('我是响应：', resp);
});

// 其他代码
...
...
...

那么，

再次：

主线程在发起AJAX请求后，会继续执行其他代码。AJAX线程负责请求segmentfault.com，拿到响应后，它会把响应封装成一个JavaScript对象，往任务队列里添加一个事件：

// 任务队列中的事件可想象成函数
var message = function () {
    callbackFn(response);
}

其中的callbackFn就是前面代码中得到成功响应时的回调函数。主线程在执行完当前循环中的所有代码后，就会到任务队列取出这个事件(也就是message函数)，并执行它。到此为止，就完成了工作线程对主线程的通知，回调函数也就得到了执行。

用图表示这个过程就是：

image 

五、微任务(Microtask)与宏任务(Macrotask)

我们上面提到异步任务分为宏任务和微任务，宏任务队列可以有多个，微任务队列只有一个。

  • 宏任务包括：script(全局任务), setTimeout, setInterval, setImmediate, I/O, UI rendering。
  • 微任务包括: new Promise().then(回调), process.nextTick, Object.observe(已废弃), MutationObserver(html5新特性)

当执行栈中的所有同步任务执行完毕时，是先执行宏任务还是微任务呢？

  • 由于执行代码入口都是全局任务 script，而全局任务属于宏任务，所以当栈为空，同步任务任务执行完毕时，会先执行微任务队列里的任务。
  • 微任务队列里的任务全部执行完毕后，会读取宏任务队列中拍最前的任务。
  • 执行宏任务的过程中，遇到微任务，依次加入微任务队列。
  • 栈空后，再次读取微任务队列里的任务，依次类推。

一句话概括上面的流程图：当某个宏任务队列的中的任务全部执行完以后,会查看是否有微任务队列。如果有，先执行微任务队列中的所有任务，如果没有，就查看是否有其他宏任务队列。

 

 

接下来我们看两道例子来介绍上面流程：

Promise.resolve().then(()=>{
  console.log('Promise1')  
  setTimeout(()=>{
    console.log('setTimeout2')
  },0)
})
setTimeout(()=>{
  console.log('setTimeout1')
  Promise.resolve().then(()=>{
    console.log('Promise2')    
  })
},0)

最后输出结果是Promise1，setTimeout1，Promise2，setTimeout2

  • 一开始执行栈的同步任务执行完毕，会去查看是否有微任务队列，上题中存在(有且只有一个)，然后执行微任务队列中的所有任务输出Promise1，同时会生成一个宏任务 setTimeout2
  • 然后去查看宏任务队列，宏任务 setTimeout1 在 setTimeout2 之前，先执行宏任务 setTimeout1，输出 setTimeout1
  • 在执行宏任务setTimeout1时会生成微任务Promise2 ，放入微任务队列中，接着先去清空微任务队列中的所有任务，输出 Promise2
  • 清空完微任务队列中的所有任务后，就又会去宏任务队列取一个，这回执行的是 setTimeout2
console.log('----------------- start -----------------');
setTimeout(() => {
  console.log('setTimeout');
}, 0)
new Promise((resolve, reject) =>{
  for (var i = 0; i < 5; i++) {
    console.log(i);
  }
  resolve();  // 修改promise实例对象的状态为成功的状态
}).then(() => {
  console.log('promise实例成功回调执行');
})
console.log('----------------- end -----------------');

将上题调换顺序

 

 

 

六、H5 Web Workers(多线程)

1. Web Workers的作用

正如上面所提到，JavaScript是单线程。当一个页面加载一个复杂运算的 js 文件时，用户界面可能会短暂地“冻结”，不能再做其他操作。比如下面这个例子：

<input type="text" placeholder="数值" id="number">
<button id="btn">计算</button>
<script type="text/javascript">
  // 1 1 2 3 5 8    f(n) = f(n-1) + f(n-2)
  function fibonacci(n) {
    return n<=2 ? 1 : fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2)  //递归调用
  }
  var input = document.getElementById('number')
  document.getElementById('btn').onclick = function () {
    var number = input.value
    var result = fibonacci(number)
    alert(result)
  }
</script>


很显然遇到这种页面堵塞情况，很影响用户体验的，有没有啥办法可以改进这种情形？----Web Worker就应运而生了！

Web Worker 的作用，就是为 JavaScript 创造多线程环境，允许主线程创建 Worker 线程，将一些任务分配给后者运行。在主线程运行的同时，Worker 线程在后台运行，两者互不干扰。等到 Worker 线程完成计算任务，再把结果返回给主线程。这样的好处是，一些计算密集型或高延迟的任务，被 Worker 线程负担了，主线程（通常负责 UI 交互）就会很流畅，不会被阻塞或拖慢。其原理图如下：

2. Web Workers的基本使用

主线程

  • 首先主线程采用new命令，调用Worker()构造函数，新建一个 Worker 线程
var worker = new Worker('work.js');
  • 然后主线程调用worker.postMessage()方法，向 Worker 发消息。
  • 接着，主线程通过worker.onmessage指定监听函数，接收子线程发回来的消息。
  var input = document.getElementById('number')
  document.getElementById('btn').onclick = function () {
    var number = input.value
    //创建一个Worker对象
    var worker = new Worker('worker.js')
    // 绑定接收消息的监听
    worker.onmessage = function (event) {
      console.log('主线程接收分线程返回的数据: '+event.data)
      alert(event.data)
    }
    // 向分线程发送消息
    worker.postMessage(number)
    console.log('主线程向分线程发送数据: '+number)
  }
    console.log(this) // window

Worker 线程

  • Worker 线程内部需要有一个监听函数，监听message事件。
  • 通过 postMessage(data) 方法来向主线程发送数据。
//worker.js文件
function fibonacci(n) {
  return n<=2 ? 1 : fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2)  //递归调用
}
console.log(this)//[object DedicatedWorkerGlobalScope]
this.onmessage = function (event) {
  var number = event.data
  console.log('分线程接收到主线程发送的数据: '+number)
  //计算
  var result = fibonacci(number)
  postMessage(result)
  console.log('分线程向主线程返回数据: '+result)
  // alert(result)  alert是window的方法, 在分线程不能调用
  // 分线程中的全局对象不再是window, 所以在分线程中不可能更新界面
}

这样当分线程在计算时，用户界面还可以操作，而且更早拿到计算后数据，响应速度更快了。

3. Web Workers的缺点

  • 不能跨域加载JS
  • worker内代码不能访问DOM(更新UI)
  • 不是每个浏览器都支持这个新特性(本文例子只能在Firefox浏览器上运行，chrome不支持)

如果需要源代码，请猛戳Web Workers

如果觉得文章对你有些许帮助，欢迎在我的GitHub博客点赞和关注，感激不尽！

 

七、Node 中的 Event Loop

1.Node简介

Node 中的 Event Loop 和浏览器中Event Loop的是完全不相同的东西。Node.js采用V8作为js的解析引擎，而I/O处理方面使用了自己设计的libuv，libuv是一个基于事件驱动的跨平台抽象层，封装了不同操作系统一些底层特性，对外提供统一的API，事件循环机制也是它里面的实现（下文会详细介绍）。

 

 Node.js的运行机制如下:

 

  • V8引擎解析JavaScript脚本。
  • 解析后的代码，调用Node API。
  • libuv库负责Node API的执行。它将不同的任务分配给不同的线程，形成一个Event Loop（事件循环），以异步的方式将任务的执行结果返回给V8引擎。
  • V8引擎再将结果返回给用户。

2.六个阶段

其中libuv引擎中的事件循环分为 6 个阶段，它们会按照顺序反复运行。每当进入某一个阶段的时候，都会从对应的回调队列中取出函数去执行。当队列为空或者执行的回调函数数量到达系统设定的阈值，就会进入下一阶段。

 

 

从上图中，大致看出node中的事件循环的顺序：

外部输入数据-->轮询阶段(poll)-->检查阶段(check)-->关闭事件回调阶段(close callback)-->定时器检测阶段(timer)-->I/O事件回调阶段(I/O callbacks)-->闲置阶段(idle, prepare)-->轮询阶段（按照该顺序反复运行）...

  • timers 阶段：这个阶段执行timer（setTimeout、setInterval）的回调
  • I/O callbacks 阶段：处理一些上一轮循环中的少数未执行的 I/O 回调
  • idle, prepare 阶段：仅node内部使用
  • poll 阶段：获取新的I/O事件, 适当的条件下node将阻塞在这里
  • check 阶段：执行 setImmediate() 的回调
  • close callbacks 阶段：执行 socket 的 close 事件回调

注意：上面六个阶段都不包括 process.nextTick()(下文会介绍)

接下去我们详细介绍timers、poll、check这3个阶段，因为日常开发中的绝大部分异步任务都是在这3个阶段处理的。

(1) timer

timers 阶段会执行 setTimeout 和 setInterval 回调，并且是由 poll 阶段控制的。 同样，在 Node 中定时器指定的时间也不是准确时间，只能是尽快执行。

(2) poll

poll 是一个至关重要的阶段，这一阶段中，系统会做两件事情

1.回到 timer 阶段执行回调

2.执行 I/O 回调

并且在进入该阶段时如果没有设定了 timer 的话，会发生以下两件事情

  • 如果 poll 队列不为空，会遍历回调队列并同步执行，直到队列为空或者达到系统限制
  • 如果 poll 队列为空时，会有两件事发生
    • 如果有 setImmediate 回调需要执行，poll 阶段会停止并且进入到 check 阶段执行回调
    • 如果没有 setImmediate 回调需要执行，会等待回调被加入到队列中并立即执行回调，这里同样会有个超时时间设置防止一直等待下去

当然设定了 timer 的话且 poll 队列为空，则会判断是否有 timer 超时，如果有的话会回到 timer 阶段执行回调。

(3) check阶段

setImmediate()的回调会被加入check队列中，从event loop的阶段图可以知道，check阶段的执行顺序在poll阶段之后。 我们先来看个例子:

console.log('start')
setTimeout(() => {
  console.log('timer1')
  Promise.resolve().then(function() {
    console.log('promise1')
  })
}, 0)
setTimeout(() => {
  console.log('timer2')
  Promise.resolve().then(function() {
    console.log('promise2')
  })
}, 0)
Promise.resolve().then(function() {
  console.log('promise3')
})
console.log('end')
//start=>end=>promise3=>timer1=>timer2=>promise1=>promise2
复制代码
  • 一开始执行栈的同步任务（这属于宏任务）执行完毕后（依次打印出start end，并将2个timer依次放入timer队列）,会先去执行微任务（这点跟浏览器端的一样），所以打印出promise3
  • 然后进入timers阶段，执行timer1的回调函数，打印timer1，并将promise.then回调放入microtask队列，同样的步骤执行timer2，打印timer2；这点跟浏览器端相差比较大，timers阶段有几个setTimeout/setInterval都会依次执行，并不像浏览器端，每执行一个宏任务后就去执行一个微任务（关于Node与浏览器的 Event Loop 差异，下文还会详细介绍）。

3.Micro-Task 与 Macro-Task

Node端事件循环中的异步队列也是这两种：macro（宏任务）队列和 micro（微任务）队列。

  • 常见的 macro-task 比如：setTimeout、setInterval、 setImmediate、script（整体代码）、 I/O 操作等。
  • 常见的 micro-task 比如: process.nextTick、new Promise().then(回调)等。

4.注意点

(1) setTimeout 和 setImmediate

二者非常相似，区别主要在于调用时机不同。

  • setImmediate 设计在poll阶段完成时执行，即check阶段；
  • setTimeout 设计在poll阶段为空闲时，且设定时间到达后执行，但它在timer阶段执行
setTimeout(function timeout () {
  console.log('timeout');
},0);
setImmediate(function immediate () {
  console.log('immediate');
});
复制代码
  • 对于以上代码来说，setTimeout 可能执行在前，也可能执行在后。
  • 首先 setTimeout(fn, 0) === setTimeout(fn, 1)，这是由源码决定的 进入事件循环也是需要成本的，如果在准备时候花费了大于 1ms 的时间，那么在 timer 阶段就会直接执行 setTimeout 回调
  • 如果准备时间花费小于 1ms，那么就是 setImmediate 回调先执行了

但当二者在异步i/o callback内部调用时，总是先执行setImmediate，再执行setTimeout

const fs = require('fs')
fs.readFile(__filename, () => {
    setTimeout(() => {
        console.log('timeout');
    }, 0)
    setImmediate(() => {
        console.log('immediate')
    })
})
// immediate
// timeout
复制代码

在上述代码中，setImmediate 永远先执行。因为两个代码写在 IO 回调中，IO 回调是在 poll 阶段执行，当回调执行完毕后队列为空，发现存在 setImmediate 回调，所以就直接跳转到 check 阶段去执行回调了。

(2) process.nextTick

这个函数其实是独立于 Event Loop 之外的，它有一个自己的队列，当每个阶段完成后，如果存在 nextTick 队列，就会清空队列中的所有回调函数，并且优先于其他 microtask 执行。

setTimeout(() => {
 console.log('timer1')
 Promise.resolve().then(function() {
   console.log('promise1')
 })
}, 0)
process.nextTick(() => {
 console.log('nextTick')
 process.nextTick(() => {
   console.log('nextTick')
   process.nextTick(() => {
     console.log('nextTick')
     process.nextTick(() => {
       console.log('nextTick')
     })
   })
 })
})
// nextTick=>nextTick=>nextTick=>nextTick=>timer1=>promise1
复制代码

五、Node与浏览器的 Event Loop 差异

浏览器环境下，microtask的任务队列是每个macrotask执行完之后执行。而在Node.js中，microtask会在事件循环的各个阶段之间执行，也就是一个阶段执行完毕，就会去执行microtask队列的任务。

 

接下我们通过一个例子来说明两者区别：

setTimeout(()=>{
    console.log('timer1')
    Promise.resolve().then(function() {
        console.log('promise1')
    })
}, 0)
setTimeout(()=>{
    console.log('timer2')
    Promise.resolve().then(function() {
        console.log('promise2')
    })
}, 0)
复制代码

浏览器端运行结果：timer1=>promise1=>timer2=>promise2

浏览器端的处理过程如下：

 

 

Node端运行结果分两种情况：

  • 如果是node11版本一旦执行一个阶段里的一个宏任务(setTimeout,setInterval和setImmediate)就立刻执行微任务队列，这就跟浏览器端运行一致，最后的结果为timer1=>promise1=>timer2=>promise2
  • 如果是node10及其之前版本：要看第一个定时器执行完，第二个定时器是否在完成队列中。
    • 如果是第二个定时器还未在完成队列中，最后的结果为timer1=>promise1=>timer2=>promise2
    • 如果是第二个定时器已经在完成队列中，则最后的结果为timer1=>timer2=>promise1=>promise2(下文过程解释基于这种情况下)

1.全局脚本（main()）执行，将2个timer依次放入timer队列，main()执行完毕，调用栈空闲，任务队列开始执行；

2.首先进入timers阶段，执行timer1的回调函数，打印timer1，并将promise1.then回调放入microtask队列，同样的步骤执行timer2，打印timer2；

3.至此，timer阶段执行结束，event loop进入下一个阶段之前，执行microtask队列的所有任务，依次打印promise1、promise2

Node端的处理过程如下：

 

六、总结

浏览器和Node 环境下，microtask 任务队列的执行时机不同

  • Node端，microtask 在事件循环的各个阶段之间执行
  • 浏览器端，microtask 在事件循环的 macrotask 执行完之后执行

后记

文章于2019.1.16晚，对最后一个例子在node运行结果，重新修改！再次特别感谢zy445566的精彩点评，由于node版本更新到11，Event Loop运行原理发生了变化，一旦执行一个阶段里的一个宏任务(setTimeout,setInterval和setImmediate)就立刻执行微任务队列，这点就跟浏览器端一致。

参考文章



 

 

参考文章

进程和线程

进程与线程的一个简单解释

关于JavaScript单线程的一些事

JavaScript 运行机制详解：再谈Event Loop

Web Worker 是什么鬼？

Web Worker 使用教程

 

 

从浏览器多进程到JS单线程，JS运行机制最全面的一次梳理

 

前言

见解有限，如有描述不当之处，请帮忙及时指出，如有错误，会及时修正。

----------超长文+多图预警，需要花费不少时间。----------

如果看完本文后，还对进程线程傻傻分不清，不清楚浏览器多进程、浏览器内核多线程、JS单线程、JS运行机制的区别。那么请回复我，一定是我写的还不够清晰，我来改。。。

----------正文开始----------

最近发现有不少介绍JS单线程运行机制的文章，但是发现很多都仅仅是介绍某一部分的知识，而且各个地方的说法还不统一，容易造成困惑。
因此准备梳理这块知识点，结合已有的认知，基于网上的大量参考资料，
从浏览器多进程到JS单线程，将JS引擎的运行机制系统的梳理一遍。

展现形式：由于是属于系统梳理型，就没有由浅入深了，而是从头到尾的梳理知识体系，
重点是将关键节点的知识点串联起来，而不是仅仅剖析某一部分知识。

内容是：从浏览器进程，再到浏览器内核运行，再到JS引擎单线程，再到JS事件循环机制，从头到尾系统的梳理一遍，摆脱碎片化，形成一个知识体系

目标是：看完这篇文章后，对浏览器多进程，JS单线程，JS事件循环机制这些都能有一定理解，
有一个知识体系骨架，而不是似懂非懂的感觉。

另外，本文适合有一定经验的前端人员，新手请规避，避免受到过多的概念冲击。可以先存起来，有了一定理解后再看，也可以分成多批次观看，避免过度疲劳。

大纲

  • 区分进程和线程

  • 浏览器是多进程的

    • 浏览器都包含哪些进程？
    • 浏览器多进程的优势
    • 重点是浏览器内核（渲染进程）
    • Browser进程和浏览器内核（Renderer进程）的通信过程

  • 梳理浏览器内核中线程之间的关系

    • GUI渲染线程与JS引擎线程互斥
    • JS阻塞页面加载
    • WebWorker，JS的多线程？
    • WebWorker与SharedWorker

  • 简单梳理下浏览器渲染流程

    • load事件与DOMContentLoaded事件的先后
    • css加载是否会阻塞dom树渲染？
    • 普通图层和复合图层

  • 从Event Loop谈JS的运行机制

    • 事件循环机制进一步补充
    • 单独说说定时器
    • setTimeout而不是setInterval
  • 事件循环进阶：macrotask与microtask
  • 写在最后的话

区分进程和线程

线程和进程区分不清，是很多新手都会犯的错误，没有关系。这很正常。先看看下面这个形象的比喻：

- 进程是一个工厂，工厂有它的独立资源

- 工厂之间相互独立

- 线程是工厂中的工人，多个工人协作完成任务

- 工厂内有一个或多个工人

- 工人之间共享空间

再完善完善概念：

- 工厂的资源 -> 系统分配的内存（独立的一块内存）

- 工厂之间的相互独立 -> 进程之间相互独立

- 多个工人协作完成任务 -> 多个线程在进程中协作完成任务

- 工厂内有一个或多个工人 -> 一个进程由一个或多个线程组成

- 工人之间共享空间 -> 同一进程下的各个线程之间共享程序的内存空间（包括代码段、数据集、堆等）

然后再巩固下：

如果是windows电脑中，可以打开任务管理器，可以看到有一个后台进程列表。对，那里就是查看进程的地方，而且可以看到每个进程的内存资源信息以及cpu占有率。

所以，应该更容易理解了：进程是cpu资源分配的最小单位（系统会给它分配内存）

最后，再用较为官方的术语描述一遍：

  • 进程是cpu资源分配的最小单位（是能拥有资源和独立运行的最小单位）
  • 线程是cpu调度的最小单位（线程是建立在进程的基础上的一次程序运行单位，一个进程中可以有多个线程）

tips

  • 不同进程之间也可以通信，不过代价较大
  • 现在，一般通用的叫法：单线程与多线程，都是指在一个进程内的单和多。（所以核心还是得属于一个进程才行）

浏览器是多进程的

理解了进程与线程了区别后，接下来对浏览器进行一定程度上的认识：（先看下简化理解）

  • 浏览器是多进程的
  • 浏览器之所以能够运行，是因为系统给它的进程分配了资源（cpu、内存）
  • 简单点理解，每打开一个Tab页，就相当于创建了一个独立的浏览器进程。

关于以上几点的验证，请再第一张图：

图中打开了Chrome浏览器的多个标签页，然后可以在Chrome的任务管理器中看到有多个进程（分别是每一个Tab页面有一个独立的进程，以及一个主进程）。
感兴趣的可以自行尝试下，如果再多打开一个Tab页，进程正常会+1以上

注意：在这里浏览器应该也有自己的优化机制，有时候打开多个tab页后，可以在Chrome任务管理器中看到，有些进程被合并了
（所以每一个Tab标签对应一个进程并不一定是绝对的）

浏览器都包含哪些进程？

知道了浏览器是多进程后，再来看看它到底包含哪些进程：（为了简化理解，仅列举主要进程）

  1. Browser进程：浏览器的主进程（负责协调、主控），只有一个。作用有

    • 负责浏览器界面显示，与用户交互。如前进，后退等
    • 负责各个页面的管理，创建和销毁其他进程
    • 将Renderer进程得到的内存中的Bitmap，绘制到用户界面上
    • 网络资源的管理，下载等
  2. 第三方插件进程：每种类型的插件对应一个进程，仅当使用该插件时才创建
  3. GPU进程：最多一个，用于3D绘制等

  4. 浏览器渲染进程（浏览器内核）（Renderer进程，内部是多线程的）：默认每个Tab页面一个进程，互不影响。主要作用为

    • 页面渲染，脚本执行，事件处理等

强化记忆：在浏览器中打开一个网页相当于新起了一个进程（进程内有自己的多线程）

当然，浏览器有时会将多个进程合并（譬如打开多个空白标签页后，会发现多个空白标签页被合并成了一个进程），如图

另外，可以通过Chrome的更多工具 -> 任务管理器自行验证

浏览器多进程的优势

相比于单进程浏览器，多进程有如下优点：

  • 避免单个page crash影响整个浏览器
  • 避免第三方插件crash影响整个浏览器
  • 多进程充分利用多核优势
  • 方便使用沙盒模型隔离插件等进程，提高浏览器稳定性

简单点理解：如果浏览器是单进程，那么某个Tab页崩溃了，就影响了整个浏览器，体验有多差；同理如果是单进程，插件崩溃了也会影响整个浏览器；而且多进程还有其它的诸多优势。。。

当然，内存等资源消耗也会更大，有点空间换时间的意思。

重点是浏览器内核（渲染进程）

重点来了，我们可以看到，上面提到了这么多的进程，那么，对于普通的前端操作来说，最终要的是什么呢？答案是渲染进程

可以这样理解，页面的渲染，JS的执行，事件的循环，都在这个进程内进行。接下来重点分析这个进程

请牢记，浏览器的渲染进程是多线程的（这点如果不理解，请回头看进程和线程的区分）

终于到了线程这个概念了?，好亲切。那么接下来看看它都包含了哪些线程（列举一些主要常驻线程）：

  1. GUI渲染线程

    • 负责渲染浏览器界面，解析HTML，CSS，构建DOM树和RenderObject树，布局和绘制等。
    • 当界面需要重绘（Repaint）或由于某种操作引发回流(reflow)时，该线程就会执行
    • 注意，GUI渲染线程与JS引擎线程是互斥的，当JS引擎执行时GUI线程会被挂起（相当于被冻结了），GUI更新会被保存在一个队列中等到JS引擎空闲时立即被执行。

  2. JS引擎线程

    • 也称为JS内核，负责处理Javascript脚本程序。（例如V8引擎）
    • JS引擎线程负责解析Javascript脚本，运行代码。
    • JS引擎一直等待着任务队列中任务的到来，然后加以处理，一个Tab页（renderer进程）中无论什么时候都只有一个JS线程在运行JS程序
    • 同样注意，GUI渲染线程与JS引擎线程是互斥的，所以如果JS执行的时间过长，这样就会造成页面的渲染不连贯，导致页面渲染加载阻塞。

  3. 事件触发线程

    • 归属于浏览器而不是JS引擎，用来控制事件循环（可以理解，JS引擎自己都忙不过来，需要浏览器另开线程协助）
    • 当JS引擎执行代码块如setTimeOut时（也可来自浏览器内核的其他线程,如鼠标点击、AJAX异步请求等），会将对应任务添加到事件线程中
    • 当对应的事件符合触发条件被触发时，该线程会把事件添加到待处理队列的队尾，等待JS引擎的处理

    • 注意，由于JS的单线程关系，所以这些待处理队列中的事件都得排队等待JS引擎处理（当JS引擎空闲时才会去执行）

  4. 定时触发器线程

    • 传说中的setInterval与setTimeout所在线程
    • 浏览器定时计数器并不是由JavaScript引擎计数的,（因为JavaScript引擎是单线程的, 如果处于阻塞线程状态就会影响记计时的准确）
    • 因此通过单独线程来计时并触发定时（计时完毕后，添加到事件队列中，等待JS引擎空闲后执行）
    • 注意，W3C在HTML标准中规定，规定要求setTimeout中低于4ms的时间间隔算为4ms。

  5. 异步http请求线程

    • 在XMLHttpRequest在连接后是通过浏览器新开一个线程请求
    • 将检测到状态变更时，如果设置有回调函数，异步线程就产生状态变更事件，将这个回调再放入事件队列中。再由JavaScript引擎执行。

看到这里，如果觉得累了，可以先休息下，这些概念需要被消化，毕竟后续将提到的事件循环机制就是基于事件触发线程的，所以如果仅仅是看某个碎片化知识，
可能会有一种似懂非懂的感觉。要完成的梳理一遍才能快速沉淀，不易遗忘。放张图巩固下吧：

再说一点，为什么JS引擎是单线程的？额，这个问题其实应该没有标准答案，譬如，可能仅仅是因为由于多线程的复杂性，譬如多线程操作一般要加锁，因此最初设计时选择了单线程。。。

Browser进程和浏览器内核（Renderer进程）的通信过程

看到这里，首先，应该对浏览器内的进程和线程都有一定理解了，那么接下来，再谈谈浏览器的Browser进程（控制进程）是如何和内核通信的，
这点也理解后，就可以将这部分的知识串联起来，从头到尾有一个完整的概念。

如果自己打开任务管理器，然后打开一个浏览器，就可以看到：任务管理器中出现了两个进程（一个是主控进程，一个则是打开Tab页的渲染进程），
然后在这前提下，看下整个的过程：(简化了很多)

  • Browser进程收到用户请求，首先需要获取页面内容（譬如通过网络下载资源），随后将该任务通过RendererHost接口传递给Render进程

  • Renderer进程的Renderer接口收到消息，简单解释后，交给渲染线程，然后开始渲染

    • 渲染线程接收请求，加载网页并渲染网页，这其中可能需要Browser进程获取资源和需要GPU进程来帮助渲染
    • 当然可能会有JS线程操作DOM（这样可能会造成回流并重绘）
    • 最后Render进程将结果传递给Browser进程
  • Browser进程接收到结果并将结果绘制出来

这里绘一张简单的图：（很简化）

看完这一整套流程，应该对浏览器的运作有了一定理解了，这样有了知识架构的基础后，后续就方便往上填充内容。

这块再往深处讲的话就涉及到浏览器内核源码解析了，不属于本文范围。

如果这一块要深挖，建议去读一些浏览器内核源码解析文章，或者可以先看看参考下来源中的第一篇文章，写的不错

梳理浏览器内核中线程之间的关系

到了这里，已经对浏览器的运行有了一个整体的概念，接下来，先简单梳理一些概念

GUI渲染线程与JS引擎线程互斥

由于JavaScript是可操纵DOM的，如果在修改这些元素属性同时渲染界面（即JS线程和UI线程同时运行），那么渲染线程前后获得的元素数据就可能不一致了。

因此为了防止渲染出现不可预期的结果，浏览器设置GUI渲染线程与JS引擎为互斥的关系，当JS引擎执行时GUI线程会被挂起，
GUI更新则会被保存在一个队列中等到JS引擎线程空闲时立即被执行。

JS阻塞页面加载

从上述的互斥关系，可以推导出，JS如果执行时间过长就会阻塞页面。

譬如，假设JS引擎正在进行巨量的计算，此时就算GUI有更新，也会被保存到队列中，等待JS引擎空闲后执行。
然后，由于巨量计算，所以JS引擎很可能很久很久后才能空闲，自然会感觉到巨卡无比。

所以，要尽量避免JS执行时间过长，这样就会造成页面的渲染不连贯，导致页面渲染加载阻塞的感觉。

WebWorker，JS的多线程？

前文中有提到JS引擎是单线程的，而且JS执行时间过长会阻塞页面，那么JS就真的对cpu密集型计算无能为力么？

所以，后来HTML5中支持了Web Worker。

MDN的官方解释是：

Web Worker为Web内容在后台线程中运行脚本提供了一种简单的方法。线程可以执行任务而不干扰用户界面

一个worker是使用一个构造函数创建的一个对象(e.g. Worker()) 运行一个命名的JavaScript文件 

这个文件包含将在工作线程中运行的代码; workers 运行在另一个全局上下文中,不同于当前的window

因此，使用 window快捷方式获取当前全局的范围 (而不是self) 在一个 Worker 内将返回错误

这样理解下：

  • 创建Worker时，JS引擎向浏览器申请开一个子线程（子线程是浏览器开的，完全受主线程控制，而且不能操作DOM）
  • JS引擎线程与worker线程间通过特定的方式通信（postMessage API，需要通过序列化对象来与线程交互特定的数据）

所以，如果有非常耗时的工作，请单独开一个Worker线程，这样里面不管如何翻天覆地都不会影响JS引擎主线程，
只待计算出结果后，将结果通信给主线程即可，perfect!

而且注意下，JS引擎是单线程的，这一点的本质仍然未改变，Worker可以理解是浏览器给JS引擎开的外挂，专门用来解决那些大量计算问题。

其它，关于Worker的详解就不是本文的范畴了，因此不再赘述。

WebWorker与SharedWorker

既然都到了这里，就再提一下SharedWorker（避免后续将这两个概念搞混）

  • WebWorker只属于某个页面，不会和其他页面的Render进程（浏览器内核进程）共享

    • 所以Chrome在Render进程中（每一个Tab页就是一个render进程）创建一个新的线程来运行Worker中的JavaScript程序。

  • SharedWorker是浏览器所有页面共享的，不能采用与Worker同样的方式实现，因为它不隶属于某个Render进程，可以为多个Render进程共享使用

    • 所以Chrome浏览器为SharedWorker单独创建一个进程来运行JavaScript程序，在浏览器中每个相同的JavaScript只存在一个SharedWorker进程，不管它被创建多少次。

看到这里，应该就很容易明白了，本质上就是进程和线程的区别。SharedWorker由独立的进程管理，WebWorker只是属于render进程下的一个线程

简单梳理下浏览器渲染流程

本来是直接计划开始谈JS运行机制的，但想了想，既然上述都一直在谈浏览器，直接跳到JS可能再突兀，因此，中间再补充下浏览器的渲染流程（简单版本）

为了简化理解，前期工作直接省略成：（要展开的或完全可以写另一篇超长文）

- 浏览器输入url，浏览器主进程接管，开一个下载线程，
然后进行 http请求（略去DNS查询，IP寻址等等操作），然后等待响应，获取内容，
随后将内容通过RendererHost接口转交给Renderer进程

- 浏览器渲染流程开始

浏览器器内核拿到内容后，渲染大概可以划分成以下几个步骤：

  1. 解析html建立dom树
  2. 解析css构建render树（将CSS代码解析成树形的数据结构，然后结合DOM合并成render树）
  3. 布局render树（Layout/reflow），负责各元素尺寸、位置的计算
  4. 绘制render树（paint），绘制页面像素信息
  5. 浏览器会将各层的信息发送给GPU，GPU会将各层合成（composite），显示在屏幕上。

所有详细步骤都已经略去，渲染完毕后就是load事件了，之后就是自己的JS逻辑处理了

既然略去了一些详细的步骤，那么就提一些可能需要注意的细节把。

这里重绘参考来源中的一张图：（参考来源第一篇）

load事件与DOMContentLoaded事件的先后

上面提到，渲染完毕后会触发load事件，那么你能分清楚load事件与DOMContentLoaded事件的先后么？

很简单，知道它们的定义就可以了：

  • 当 DOMContentLoaded 事件触发时，仅当DOM加载完成，不包括样式表，图片。

(譬如如果有async加载的脚本就不一定完成)

  • 当 onload 事件触发时，页面上所有的DOM，样式表，脚本，图片都已经加载完成了。

（渲染完毕了）

所以，顺序是：DOMContentLoaded -> load

css加载是否会阻塞dom树渲染？

这里说的是头部引入css的情况

首先，我们都知道：css是由单独的下载线程异步下载的。

然后再说下几个现象：

  • css加载不会阻塞DOM树解析（异步加载时DOM照常构建）
  • 但会阻塞render树渲染（渲染时需等css加载完毕，因为render树需要css信息）

这可能也是浏览器的一种优化机制。

因为你加载css的时候，可能会修改下面DOM节点的样式，
如果css加载不阻塞render树渲染的话，那么当css加载完之后，
render树可能又得重新重绘或者回流了，这就造成了一些没有必要的损耗。
所以干脆就先把DOM树的结构先解析完，把可以做的工作做完，然后等你css加载完之后，
在根据最终的样式来渲染render树，这种做法性能方面确实会比较好一点。

普通图层和复合图层

渲染步骤中就提到了composite概念。

可以简单的这样理解，浏览器渲染的图层一般包含两大类：普通图层以及复合图层

首先，普通文档流内可以理解为一个复合图层（这里称为默认复合层，里面不管添加多少元素，其实都是在同一个复合图层中）

其次，absolute布局（fixed也一样），虽然可以脱离普通文档流，但它仍然属于默认复合层。

然后，可以通过硬件加速的方式，声明一个新的复合图层，它会单独分配资源
（当然也会脱离普通文档流，这样一来，不管这个复合图层中怎么变化，也不会影响默认复合层里的回流重绘）

可以简单理解下：GPU中，各个复合图层是单独绘制的，所以互不影响，这也是为什么某些场景硬件加速效果一级棒

可以Chrome源码调试 -> More Tools -> Rendering -> Layer borders中看到，黄色的就是复合图层信息

如下图。可以验证上述的说法

如何变成复合图层（硬件加速）

将该元素变成一个复合图层，就是传说中的硬件加速技术

  • 最常用的方式：translate3d、translateZ
  • opacity属性/过渡动画（需要动画执行的过程中才会创建合成层，动画没有开始或结束后元素还会回到之前的状态）
  • will-chang属性（这个比较偏僻），一般配合opacity与translate使用（而且经测试，除了上述可以引发硬件加速的属性外，其它属性并不会变成复合层），

作用是提前告诉浏览器要变化，这样浏览器会开始做一些优化工作（这个最好用完后就释放）

  • <video><iframe><canvas><webgl>等元素
  • 其它，譬如以前的flash插件

absolute和硬件加速的区别

可以看到，absolute虽然可以脱离普通文档流，但是无法脱离默认复合层。
所以，就算absolute中信息改变时不会改变普通文档流中render树，
但是，浏览器最终绘制时，是整个复合层绘制的，所以absolute中信息的改变，仍然会影响整个复合层的绘制。
（浏览器会重绘它，如果复合层中内容多，absolute带来的绘制信息变化过大，资源消耗是非常严重的）

而硬件加速直接就是在另一个复合层了（另起炉灶），所以它的信息改变不会影响默认复合层
（当然了，内部肯定会影响属于自己的复合层），仅仅是引发最后的合成（输出视图）

复合图层的作用？

一般一个元素开启硬件加速后会变成复合图层，可以独立于普通文档流中，改动后可以避免整个页面重绘，提升性能

但是尽量不要大量使用复合图层，否则由于资源消耗过度，页面反而会变的更卡

硬件加速时请使用index

使用硬件加速时，尽可能的使用index，防止浏览器默认给后续的元素创建复合层渲染

具体的原理时这样的：
**webkit CSS3中，如果这个元素添加了硬件加速，并且index层级比较低，
那么在这个元素的后面其它元素（层级比这个元素高的，或者相同的，并且releative或absolute属性相同的），
会默认变为复合层渲染，如果处理不当会极大的影响性能**

简单点理解，其实可以认为是一个隐式合成的概念：如果a是一个复合图层，而且b在a上面，那么b也会被隐式转为一个复合图层，这点需要特别注意

另外，这个问题可以在这个地址看到重现（原作者分析的挺到位的，直接上链接）：

http://web.jobbole.com/83575/

从Event Loop谈JS的运行机制

到此时，已经是属于浏览器页面初次渲染完毕后的事情，JS引擎的一些运行机制分析。

注意，这里不谈可执行上下文，VO，scop chain等概念（这些完全可以整理成另一篇文章了），这里主要是结合Event Loop来谈JS代码是如何执行的。

读这部分的前提是已经知道了JS引擎是单线程，而且这里会用到上文中的几个概念：（如果不是很理解，可以回头温习）

  • JS引擎线程
  • 事件触发线程
  • 定时触发器线程

然后再理解一个概念：

  • 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。

看图：

看到这里，应该就可以理解了：为什么有时候setTimeout推入的事件不能准时执行？因为可能在它推入到事件列表时，主线程还不空闲，正在执行其它代码，
所以自然有误差。

事件循环机制进一步补充

这里就直接引用一张图片来协助理解：（参考自Philip Roberts的演讲《Help, I'm stuck in an event-loop》）

上图大致描述就是：

  • 主线程运行时会产生执行栈，

栈中的代码调用某些api时，它们会在事件队列中添加各种事件（当满足触发条件后，如ajax请求完毕）

  • 而栈中的代码执行完毕，就会读取事件队列中的事件，去执行那些回调
  • 如此循环
  • 注意，总是要等待栈中的代码执行完毕后才会去读取事件队列中的事件

单独说说定时器

上述事件循环机制的核心是：JS引擎线程和事件触发线程

但事件上，里面还有一些隐藏细节，譬如调用setTimeout后，是如何等待特定时间后才添加到事件队列中的？

是JS引擎检测的么？当然不是了。它是由定时器线程控制（因为JS引擎自己都忙不过来，根本无暇分身）

为什么要单独的定时器线程？因为JavaScript引擎是单线程的, 如果处于阻塞线程状态就会影响记计时的准确，因此很有必要单独开一个线程用来计时。

什么时候会用到定时器线程？当使用setTimeout或setInterval时，它需要定时器线程计时，计时完成后就会将特定的事件推入事件队列中。

譬如:

setTimeout(function(){
    console.log('hello!');
}, 1000);

这段代码的作用是当1000毫秒计时完毕后（由定时器线程计时），将回调函数推入事件队列中，等待主线程执行

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

console.log('begin');

这段代码的效果是最快的时间内将回调函数推入事件队列中，等待主线程执行

注意：

  • 执行结果是：先begin后hello!
  • 虽然代码的本意是0毫秒后就推入事件队列，但是W3C在HTML标准中规定，规定要求setTimeout中低于4ms的时间间隔算为4ms。

(不过也有一说是不同浏览器有不同的最小时间设定)

  • 就算不等待4ms，就算假设0毫秒就推入事件队列，也会先执行begin（因为只有可执行栈内空了后才会主动读取事件队列）

setTimeout而不是setInterval

用setTimeout模拟定期计时和直接用setInterval是有区别的。

因为每次setTimeout计时到后就会去执行，然后执行一段时间后才会继续setTimeout，中间就多了误差
（误差多少与代码执行时间有关）

而setInterval则是每次都精确的隔一段时间推入一个事件
（但是，事件的实际执行时间不一定就准确，还有可能是这个事件还没执行完毕，下一个事件就来了）

而且setInterval有一些比较致命的问题就是：

  • 累计效应（上面提到的），如果setInterval代码在（setInterval）再次添加到队列之前还没有完成执行，

就会导致定时器代码连续运行好几次，而之间没有间隔。
就算正常间隔执行，多个setInterval的代码执行时间可能会比预期小（因为代码执行需要一定时间）

  • 譬如像iOS的webview,或者Safari等浏览器中都有一个特点，在滚动的时候是不执行JS的，如果使用了setInterval，会发现在滚动结束后会执行多次由于滚动不执行JS积攒回调，如果回调执行时间过长,就会非常容器造成卡顿问题和一些不可知的错误（这一块后续有补充，setInterval自带的优化，不会重复添加回调）
  • 而且把浏览器最小化显示等操作时，setInterval并不是不执行程序，

它会把setInterval的回调函数放在队列中，等浏览器窗口再次打开时，一瞬间全部执行时

所以，鉴于这么多但问题，目前一般认为的最佳方案是：用setTimeout模拟setInterval，或者特殊场合直接用requestAnimationFrame

补充：JS高程中有提到，JS引擎会对setInterval进行优化，如果当前事件队列中有setInterval的回调，不会重复添加。不过，仍然是有很多问题。。。

事件循环进阶：macrotask与microtask

这段参考了参考来源中的第2篇文章（英文版的），（加了下自己的理解重新描述了下），
强烈推荐有英文基础的同学直接观看原文，作者描述的很清晰，示例也很不错，如下：

https://jakearchibald.com/2015/tasks-microtasks-queues-and-schedules/

上文中将JS事件循环机制梳理了一遍，在ES5的情况是够用了，但是在ES6盛行的现在，仍然会遇到一些问题，譬如下面这题：

console.log('script start');

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

Promise.resolve().then(function() {
    console.log('promise1');
}).then(function() {
    console.log('promise2');
});

console.log('script end');

嗯哼，它的正确执行顺序是这样子的：

script start
script end
promise1
promise2
setTimeout

为什么呢？因为Promise里有了一个一个新的概念：microtask

或者，进一步，JS中分为两种任务类型：macrotask和microtask，在ECMAScript中，microtask称为jobs，macrotask可称为task

它们的定义？区别？简单点可以按如下理解：

  • macrotask（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）

    • 每一个task会从头到尾将这个任务执行完毕，不会执行其它
    • 浏览器为了能够使得JS内部task与DOM任务能够有序的执行，会在一个task执行结束后，在下一个 task 执行开始前，对页面进行重新渲染
（`task->渲染->task->...`）

  • 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）

分别很么样的场景会形成macrotask和microtask呢？

  • macrotask：主代码块，setTimeout，setInterval等（可以看到，事件队列中的每一个事件都是一个macrotask）
  • microtask：Promise，process.nextTick等

__补充：在node环境下，process.nextTick的优先级高于Promise__，也就是可以简单理解为：在宏任务结束后会先执行微任务队列中的nextTickQueue部分，然后才会执行微任务中的Promise部分。

参考：https://segmentfault.com/q/1010000011914016

再根据线程来理解下：

  • macrotask中的事件都是放在一个事件队列中的，而这个队列由事件触发线程维护
  • microtask中的所有微任务都是添加到微任务队列（Job Queues）中，等待当前macrotask执行完毕后执行，而这个队列由JS引擎线程维护

（这点由自己理解+推测得出，因为它是在主线程下无缝执行的）

所以，总结下运行机制：

  • 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）

如图：

另外，请注意下Promise的polyfill与官方版本的区别：

  • 官方版本中，是标准的microtask形式
  • polyfill，一般都是通过setTimeout模拟的，所以是macrotask形式
  • 请特别注意这两点区别

注意，有一些浏览器执行结果不一样（因为它们可能把microtask当成macrotask来执行了），
但是为了简单，这里不描述一些不标准的浏览器下的场景（但记住，有些浏览器可能并不标准）

20180126补充：使用MutationObserver实现microtask

MutationObserver可以用来实现microtask
（它属于microtask，优先级小于Promise，
一般是Promise不支持时才会这样做）

它是HTML5中的新特性，作用是：监听一个DOM变动，
当DOM对象树发生任何变动时，Mutation Observer会得到通知

像以前的Vue源码中就是利用它来模拟nextTick的，
具体原理是，创建一个TextNode并监听内容变化，
然后要nextTick的时候去改一下这个节点的文本内容，
如下：（Vue的源码，未修改）

var counter = 1
var observer = new MutationObserver(nextTickHandler)
var textNode = document.createTextNode(String(counter))

observer.observe(textNode, {
    characterData: true
})
timerFunc = () => {
    counter = (counter + 1) % 2
    textNode.data = String(counter)
}

对应Vue源码链接

不过，现在的Vue（2.5+）的nextTick实现移除了MutationObserver的方式（据说是兼容性原因），
取而代之的是使用MessageChannel
（当然，默认情况仍然是Promise，不支持才兼容的）。

MessageChannel属于宏任务，优先级是：MessageChannel->setTimeout，
所以Vue（2.5+）内部的nextTick与2.4及之前的实现是不一样的，需要注意下。

这里不展开，可以看下https://juejin.im/post/5a1af88f5188254a701ec230

写在最后的话

看到这里，不知道对JS的运行机制是不是更加理解了，从头到尾梳理，而不是就某一个碎片化知识应该是会更清晰的吧？

同时，也应该注意到了JS根本就没有想象的那么简单，前端的知识也是无穷无尽，层出不穷的概念、N多易忘的知识点、各式各样的框架、
底层原理方面也是可以无限的往下深挖，然后你就会发现，你知道的太少了。。。

另外，本文也打算先告一段落，其它的，如JS词法解析，可执行上下文以及VO等概念就不继续在本文中写了，后续可以考虑另开新的文章。

最后，喜欢的话，就请给个赞吧！

附录

博客

初次发布2018.01.21于我个人博客上面

http://www.dailichun.com/2018/01/21/js_singlethread_eventloop.html

参考资料

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

一次弄懂Event Loop（彻底解决此类面试问题）

前言

Event Loop即事件循环，是指浏览器或Node的一种解决javaScript单线程运行时不会阻塞的一种机制，也就是我们经常使用异步的原理。

为啥要弄懂Event Loop

  • 是要增加自己技术的深度，也就是懂得JavaScript的运行机制。

  • 现在在前端领域各种技术层出不穷，掌握底层原理，可以让自己以不变，应万变。

  • 应对各大互联网公司的面试，懂其原理，题目任其发挥。

堆，栈、队列

 

 

堆（Heap）

堆是一种数据结构，是利用完全二叉树维护的一组数据，堆分为两种，一种为最大堆，一种为最小堆，将根节点最大的堆叫做最大堆或大根堆，根节点最小的堆叫做最小堆或小根堆。
堆是线性数据结构，相当于一维数组，有唯一后继。

如最大堆

 

 

栈（Stack）

栈在计算机科学中是限定仅在表尾进行插入或删除操作的线性表。 栈是一种数据结构，它按照后进先出的原则存储数据，先进入的数据被压入栈底，最后的数据在栈顶，需要读数据的时候从栈顶开始弹出数据。
栈是只能在某一端插入和删除的特殊线性表。

 

 

队列（Queue）

特殊之处在于它只允许在表的前端（front）进行删除操作，而在表的后端（rear）进行插入操作，和栈一样，队列是一种操作受限制的线性表。
进行插入操作的端称为队尾，进行删除操作的端称为队头。 队列中没有元素时，称为空队列。

队列的数据元素又称为队列元素。在队列中插入一个队列元素称为入队，从队列中删除一个队列元素称为出队。因为队列只允许在一端插入，在另一端删除，所以只有最早进入队列的元素才能最先从队列中删除，故队列又称为先进先出（FIFO—first in first out）

 

 

Event Loop

在JavaScript中，任务被分为两种，一种宏任务（MacroTask）也叫Task，一种叫微任务（MicroTask）。

MacroTask（宏任务）

  • 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。

MicroTask（微任务）

  • Process.nextTick（Node独有）、Promise、Object.observe(废弃)、MutationObserver（具体使用方式查看这里）

浏览器中的Event Loop

Javascript 有一个 main thread 主线程和 call-stack 调用栈(执行栈)，所有的任务都会被放到调用栈等待主线程执行。

JS调用栈

JS调用栈采用的是后进先出的规则，当函数执行的时候，会被添加到栈的顶部，当执行栈执行完成后，就会从栈顶移出，直到栈内被清空。

同步任务和异步任务

Javascript单线程任务被分为同步任务和异步任务，同步任务会在调用栈中按照顺序等待主线程依次执行，异步任务会在异步任务有了结果后，将注册的回调函数放入任务队列中等待主线程空闲的时候（调用栈被清空），被读取到栈内等待主线程的执行。

 

任务队列Task Queue，即队列，是一种先进先出的一种数据结构。

 

 

 

事件循环的进程模型

  • 选择当前要执行的任务队列，选择任务队列中最先进入的任务，如果任务队列为空即null，则执行跳转到微任务（MicroTask）的执行步骤。
  • 将事件循环中的任务设置为已选择任务。
  • 执行任务。
  • 将事件循环中当前运行任务设置为null。
  • 将已经运行完成的任务从任务队列中删除。
  • microtasks步骤：进入microtask检查点。
  • 更新界面渲染。
  • 返回第一步。

执行进入microtask检查点时，用户代理会执行以下步骤：

  • 设置microtask检查点标志为true。
  • 当事件循环microtask执行不为空时：选择一个最先进入的microtask队列的microtask，将事件循环的microtask设置为已选择的microtask，运行microtask，将已经执行完成的microtask为null，移出microtask中的microtask。
  • 清理IndexDB事务
  • 设置进入microtask检查点的标志为false。

上述可能不太好理解，下图是我做的一张图片。

 

 

执行栈在执行完同步任务后，查看执行栈是否为空，如果执行栈为空，就会去检查微任务(microTask)队列是否为空，如果为空的话，就执行Task（宏任务），否则就一次性执行完所有微任务。
每次单个宏任务执行完毕后，检查微任务(microTask)队列是否为空，如果不为空的话，会按照先入先出的规则全部执行完微任务(microTask)后，设置微任务(microTask)队列为null，然后再执行宏任务，如此循环。

举个例子

console.log('script start');

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

Promise.resolve().then(function() {
  console.log('promise1');
}).then(function() {
  console.log('promise2');
});
console.log('script end');
复制代码

首先我们划分几个分类：

第一次执行：

Tasks：run script、 setTimeout callback

Microtasks：Promise then	

JS stack: script	
Log: script start、script end。
复制代码

执行同步代码，将宏任务（Tasks）和微任务(Microtasks)划分到各自队列中。

第二次执行：

Tasks：run script、 setTimeout callback

Microtasks：Promise2 then	

JS stack: Promise2 callback	
Log: script start、script end、promise1、promise2
复制代码

执行宏任务后，检测到微任务(Microtasks)队列中不为空，执行Promise1，执行完成Promise1后，调用Promise2.then，放入微任务(Microtasks)队列中，再执行Promise2.then。

第三次执行：

Tasks：setTimeout callback

Microtasks：	

JS stack: setTimeout callback
Log: script start、script end、promise1、promise2、setTimeout
复制代码

当微任务(Microtasks)队列中为空时，执行宏任务（Tasks），执行setTimeout callback，打印日志。

第四次执行：

Tasks：setTimeout callback

Microtasks：	

JS stack: 
Log: script start、script end、promise1、promise2、setTimeout
复制代码

清空Tasks队列和JS stack。

以上执行帧动画可以查看Tasks, microtasks, queues and schedules
或许这张图也更好理解些。

 

 

再举个例子

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')
复制代码

这里需要先理解async/await。

async/await 在底层转换成了 promise 和 then 回调函数。
也就是说，这是 promise 的语法糖。
每次我们使用 await, 解释器都创建一个 promise 对象，然后把剩下的 async 函数中的操作放到 then 回调函数中。
async/await 的实现，离不开 Promise。从字面意思来理解，async 是“异步”的简写，而 await 是 async wait 的简写可以认为是等待异步方法执行完成。

关于73以下版本和73版本的区别

  • 在老版本版本以下，先执行promise1和promise2，再执行async1。
  • 在73版本，先执行async1再执行promise1和promise2。

主要原因是因为在谷歌(金丝雀)73版本中更改了规范，如下图所示：

 

 

  • 区别在于RESOLVE(thenable)和之间的区别Promise.resolve(thenable)。

在老版本中

  • 首先，传递给 await 的值被包裹在一个 Promise 中。然后，处理程序附加到这个包装的 Promise，以便在 Promise 变为 fulfilled 后恢复该函数，并且暂停执行异步函数，一旦 promise 变为 fulfilled，恢复异步函数的执行。
  • 每个 await 引擎必须创建两个额外的 Promise（即使右侧已经是一个 Promise）并且它需要至少三个 microtask 队列 ticks（tick为系统的相对时间单位，也被称为系统的时基，来源于定时器的周期性中断（输出脉冲），一次中断表示一个tick，也被称做一个“时钟滴答”、时标。）。

引用贺老师知乎上的一个例子

async function f() {
  await p
  console.log('ok')
}
复制代码

简化理解为：


function f() {
  return RESOLVE(p).then(() => {
    console.log('ok')
  })
}
复制代码
  • 如果 RESOLVE(p) 对于 p 为 promise 直接返回 p 的话，那么 p的 then 方法就会被马上调用，其回调就立即进入 job 队列。
  • 而如果 RESOLVE(p) 严格按照标准，应该是产生一个新的 promise，尽管该 promise确定会 resolve 为 p，但这个过程本身是异步的，也就是现在进入 job 队列的是新 promise 的 resolve过程，所以该 promise 的 then 不会被立即调用，而要等到当前 job 队列执行到前述 resolve 过程才会被调用，然后其回调（也就是继续 await 之后的语句）才加入 job队列，所以时序上就晚了。

谷歌（金丝雀）73版本中

  • 使用对PromiseResolve的调用来更改await的语义，以减少在公共awaitPromise情况下的转换次数。
  • 如果传递给 await 的值已经是一个 Promise，那么这种优化避免了再次创建 Promise 包装器，在这种情况下，我们从最少三个 microtick 到只有一个 microtick。

详细过程：

73以下版本

  • 首先，打印script start，调用async1()时，返回一个Promise，所以打印出来async2 end。
  • 每个 await，会新产生一个promise,但这个过程本身是异步的，所以该await后面不会立即调用。
  • 继续执行同步代码，打印Promise和script end，将then函数放入微任务队列中等待执行。
  • 同步执行完成之后，检查微任务队列是否为null，然后按照先入先出规则，依次执行。
  • 然后先执行打印promise1,此时then的回调函数返回undefinde，此时又有then的链式调用，又放入微任务队列中，再次打印promise2。
  • 再回到await的位置执行返回的 Promise 的 resolve 函数，这又会把 resolve 丢到微任务队列中，打印async1 end。
  • 当微任务队列为空时，执行宏任务,打印setTimeout。

谷歌（金丝雀73版本）

  • 如果传递给 await 的值已经是一个 Promise，那么这种优化避免了再次创建 Promise 包装器，在这种情况下，我们从最少三个 microtick 到只有一个 microtick。
  • 引擎不再需要为 await 创造 throwaway Promise - 在绝大部分时间。
  • 现在 promise 指向了同一个 Promise，所以这个步骤什么也不需要做。然后引擎继续像以前一样，创建 throwaway Promise，安排 PromiseReactionJob 在 microtask 队列的下一个 tick 上恢复异步函数，暂停执行该函数，然后返回给调用者。

具体详情查看（这里）。

NodeJS的Event Loop

 

 

Node中的Event Loop是基于libuv实现的，而libuv是 Node 的新跨平台抽象层，libuv使用异步，事件驱动的编程方式，核心是提供i/o的事件循环和异步回调。libuv的API包含有时间，非阻塞的网络，异步文件操作，子进程等等。 Event Loop就是在libuv中实现的。

 

 

Node的Event loop一共分为6个阶段，每个细节具体如下：

  • timers: 执行setTimeout和setInterval中到期的callback。
  • pending callback: 上一轮循环中少数的callback会放在这一阶段执行。
  • idle, prepare: 仅在内部使用。
  • poll: 最重要的阶段，执行pending callback，在适当的情况下回阻塞在这个阶段。
  • check: 执行setImmediate(setImmediate()是将事件插入到事件队列尾部，主线程和事件队列的函数执行完成之后立即执行setImmediate指定的回调函数)的callback。
  • close callbacks: 执行close事件的callback，例如socket.on('close'[,fn])或者http.server.on('close, fn)。

具体细节如下：

timers

执行setTimeout和setInterval中到期的callback，执行这两者回调需要设置一个毫秒数，理论上来说，应该是时间一到就立即执行callback回调，但是由于system的调度可能会延时，达不到预期时间。
以下是官网文档解释的例子：

const fs = require('fs');

function someAsyncOperation(callback) {
  // Assume this takes 95ms to complete
  fs.readFile('/path/to/file', callback);
}

const timeoutScheduled = Date.now();

setTimeout(() => {
  const delay = Date.now() - timeoutScheduled;

  console.log(`${delay}ms have passed since I was scheduled`);
}, 100);


// do someAsyncOperation which takes 95 ms to complete
someAsyncOperation(() => {
  const startCallback = Date.now();

  // do something that will take 10ms...
  while (Date.now() - startCallback < 10) {
    // do nothing
  }
});
复制代码

当进入事件循环时，它有一个空队列（fs.readFile()尚未完成），因此定时器将等待剩余毫秒数，当到达95ms时，fs.readFile()完成读取文件并且其完成需要10毫秒的回调被添加到轮询队列并执行。
当回调结束时，队列中不再有回调，因此事件循环将看到已达到最快定时器的阈值，然后回到timers阶段以执行定时器的回调。

在此示例中，您将看到正在调度的计时器与正在执行的回调之间的总延迟将为105毫秒。

以下是我测试时间：

 

pending callbacks

此阶段执行某些系统操作（例如TCP错误类型）的回调。 例如，如果TCP socket ECONNREFUSED在尝试connect时receives，则某些* nix系统希望等待报告错误。 这将在pending callbacks阶段执行。

poll

该poll阶段有两个主要功能：

  • 执行I/O回调。
  • 处理轮询队列中的事件。

当事件循环进入poll阶段并且在timers中没有可以执行定时器时，将发生以下两种情况之一

  • 如果poll队列不为空，则事件循环将遍历其同步执行它们的callback队列，直到队列为空，或者达到system-dependent（系统相关限制）。

如果poll队列为空，则会发生以下两种情况之一

  • 如果有setImmediate()回调需要执行，则会立即停止执行poll阶段并进入执行check阶段以执行回调。

  • 如果没有setImmediate()回到需要执行，poll阶段将等待callback被添加到队列中，然后立即执行。

当然设定了 timer 的话且 poll 队列为空，则会判断是否有 timer 超时，如果有的话会回到 timer 阶段执行回调。

check

此阶段允许人员在poll阶段完成后立即执行回调。
如果poll阶段闲置并且script已排队setImmediate()，则事件循环到达check阶段执行而不是继续等待。

setImmediate()实际上是一个特殊的计时器，它在事件循环的一个单独阶段运行。它使用libuv API来调度在poll阶段完成后执行的回调。

通常，当代码被执行时，事件循环最终将达到poll阶段，它将等待传入连接，请求等。
但是，如果已经调度了回调setImmediate()，并且轮询阶段变为空闲，则它将结束并且到达check阶段，而不是等待poll事件。

console.log('start')
setTimeout(() => {
  console.log('timer1')
  Promise.resolve().then(function() {
    console.log('promise1')
  })
}, 0)
setTimeout(() => {
  console.log('timer2')
  Promise.resolve().then(function() {
    console.log('promise2')
  })
}, 0)
Promise.resolve().then(function() {
  console.log('promise3')
})
console.log('end')
复制代码

如果node版本为v11.x， 其结果与浏览器一致。

start
end
promise3
timer1
promise1
timer2
promise2

复制代码

具体详情可以查看《又被node的eventloop坑了，这次是node的锅》。

如果v10版本上述结果存在两种情况：

  • 如果time2定时器已经在执行队列中了
start
end
promise3
timer1
timer2
promise1
promise2
复制代码
  • 如果time2定时器没有在执行对列中，执行结果为
start
end
promise3
timer1
promise1
timer2
promise2
复制代码

具体情况可以参考poll阶段的两种情况。

从下图可能更好理解：

 

 

setImmediate() 的setTimeout()的区别

setImmediate和setTimeout()是相似的，但根据它们被调用的时间以不同的方式表现。

  • setImmediate()设计用于在当前poll阶段完成后check阶段执行脚本 。
  • setTimeout() 安排在经过最小（ms）后运行的脚本，在timers阶段执行。

举个例子

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

setImmediate(() => {
  console.log('immediate');
});
复制代码

执行定时器的顺序将根据调用它们的上下文而有所不同。 如果从主模块中调用两者，那么时间将受到进程性能的限制。

其结果也不一致

如果在I / O周期内移动两个调用，则始终首先执行立即回调：

const fs = require('fs');

fs.readFile(__filename, () => {
  setTimeout(() => {
    console.log('timeout');
  }, 0);
  setImmediate(() => {
    console.log('immediate');
  });
});
复制代码

其结果可以确定一定是immediate => timeout。
主要原因是在I/O阶段读取文件后，事件循环会先进入poll阶段，发现有setImmediate需要执行，会立即进入check阶段执行setImmediate的回调。

然后再进入timers阶段，执行setTimeout，打印timeout。

   ┌───────────────────────────┐
┌─>│           timers          │
│  └─────────────┬─────────────┘
│  ┌─────────────┴─────────────┐
│  │     pending callbacks     │
│  └─────────────┬─────────────┘
│  ┌─────────────┴─────────────┐
│  │       idle, prepare       │
│  └─────────────┬─────────────┘      ┌───────────────┐
│  ┌─────────────┴─────────────┐      │   incoming:   │
│  │           poll            │<─────┤  connections, │
│  └─────────────┬─────────────┘      │   data, etc.  │
│  ┌─────────────┴─────────────┐      └───────────────┘
│  │           check           │
│  └─────────────┬─────────────┘
│  ┌─────────────┴─────────────┐
└──┤      close callbacks      │
   └───────────────────────────┘
复制代码

Process.nextTick()

process.nextTick()虽然它是异步API的一部分，但未在图中显示。这是因为process.nextTick()从技术上讲，它不是事件循环的一部分。

  • process.nextTick()方法将 callback 添加到next tick队列。 一旦当前事件轮询队列的任务全部完成，在next tick队列中的所有callbacks会被依次调用。

换种理解方式：

  • 当每个阶段完成后，如果存在 nextTick 队列，就会清空队列中的所有回调函数，并且优先于其他 microtask 执行。

例子

let bar;

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

setImmediate(() => {
  console.log('setImmediate');
})
function someAsyncApiCall(callback) {
  process.nextTick(callback);
}

someAsyncApiCall(() => {
  console.log('bar', bar); // 1
});

bar = 1;
复制代码

在NodeV10中上述代码执行可能有两种答案，一种为：

bar 1
setTimeout
setImmediate
复制代码

另一种为：

bar 1
setImmediate
setTimeout
复制代码

无论哪种，始终都是先执行process.nextTick(callback)，打印bar 1。

最后

感谢@Dante_Hu提出这个问题await的问题，文章已经修正。 修改了node端执行结果。V10和V11的区别。

关于await问题参考了以下文章：.

《promise, async, await, execution order》
《Normative: Reduce the number of ticks in async/await》
《async/await 在chrome 环境和 node 环境的 执行结果不一致，求解？》
《更快的异步函数和 Promise》

其他内容参考了：

《JS浏览器事件循环机制》
《什么是浏览器的事件循环（Event Loop）？》
《一篇文章教会你Event loop——浏览器和Node》
《不要混淆nodejs和浏览器中的event loop》
《浏览器与Node的事件循环(Event Loop)有何区别?》
《Tasks, microtasks, queues and schedules》
《前端面试之道》
《Node.js介绍5-libuv的基本概念》
《The Node.js Event Loop, Timers, and process.nextTick()》
《node官网》

 
 
 
 
 
 
posted @ 2020-01-14 15:04  零度从容  阅读(493)  评论(0)  编辑  收藏  举报