JS 事件循环机制 - 任务队列、web API、JS主线程的相互协同

一、JS单线程、异步、同步概念

　　从上一篇说明vue nextTick的文章中，多次出现“事件循环”这个名词，简单说明了事件循环的步骤，以便理解nextTick的运行时机，这篇文章将更为详细的分析下事件循环。在此之前需要了解JS单线程，及由此产生的同步执行环境和异步执行环境。

　　众所周知，JS是单线程（如果一个线程删DOM，一个线程增DOM，浏览器傻逼了～所以只能单着了），虽然有webworker酱紫的多线程出现，但也是在主线程的控制下。webworker仅仅能进行计算任务，不能操作DOM，所以本质上还是单线程。

　　单线程即任务是串行的，后一个任务需要等待前一个任务的执行，这就可能出现长时间的等待。但由于类似ajax网络请求、setTimeout时间延迟、DOM事件的用户交互等，这些任务并不消耗 CPU，是一种空等，资源浪费，因此出现了异步。通过将任务交给相应的异步模块去处理，主线程的效率大大提升，可以并行的去处理其他的操作。当异步处理完成，主线程空闲时，主线程读取相应的callback，进行后续的操作，最大程度的利用CPU。此时出现了同步执行和异步执行的概念，同步执行是主线程按照顺序，串行执行任务；异步执行就是cpu跳过等待，先处理后续的任务（CPU与网络模块、timer等并行进行任务）。由此产生了任务队列与事件循环，来协调主线程与异步模块之间的工作。

 

二、事件循环机制

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　事件循环示例图

 

　　如上图为事件循环示例图（或JS运行机制图），流程如下：

　　　　step1：主线程读取JS代码，此时为同步环境，形成相应的堆和执行栈；

　　　　step2:  主线程遇到异步任务，指给对应的异步进程进行处理（WEB API）;

　　　　step3:  异步进程处理完毕（Ajax返回、DOM事件处罚、Timer到等），将相应的异步任务推入任务队列；

　　　　step4: 主线程执行完毕，查询任务队列，如果存在任务，则取出一个任务推入主线程处理（先进先出）；

　　　　step5: 重复执行step2、3、4；称为事件循环。

　　执行的大意：

　　　　同步环境执行(step1) -> 事件循环1(step4) -> 事件循环2(step4的重复)…

　　其中的异步进程有：

　　　　a、类似onclick等，由浏览器内核的DOM binding模块处理，事件触发时，回调函数添加到任务队列中；

　　　　b、setTimeout等，由浏览器内核的Timer模块处理，时间到达时，回调函数添加到任务队列中；

　　　　c、Ajax，由浏览器内核的Network模块处理，网络请求返回后，添加到任务队列中。

 

三、任务队列

　　如上示意图，任务队列存在多个，同一任务队列内，按队列顺序被主线程取走；不同任务队列之间，存在着优先级，优先级高的优先获取（如用户I/O）；

　　3.1、任务队列的类型

　　　　任务队列存在两种类型，一种为microtask queue，另一种为macrotask queue。

　　　　图中所列出的任务队列均为macrotask queue，而ES6 的 promise［ECMAScript标准］产生的任务队列为microtask queue。

            

　　3.2、两者的区别

　　　　microtask queue：唯一，整个事件循环当中，仅存在一个；执行为同步，同一个事件循环中的microtask会按队列顺序，串行执行完毕；

　　　　macrotask queue：不唯一，存在一定的优先级（用户I/O部分优先级更高）；异步执行，同一事件循环中，只执行一个。

 

　　3.3、更完整的事件循环流程    

　　　　将microtask加入到JS运行机制流程中，则：

　　　　　　step1、2、3同上，

　　　　　　step4：主线程查询任务队列，执行microtask queue，将其按序执行，全部执行完毕；

　　　　　　step5：主线程查询任务队列，执行macrotask queue，取队首任务执行，执行完毕；

　　　　　　step6：重复step4、step5。

　　　　microtask queue中的所有callback处在同一个事件循环中，而macrotask queue中的callback有自己的事件循环。

　　　　简而言之：同步环境执行 -> 事件循环1（microtask queue的All）-> 事件循环2(macrotask queue中的一个) -> 事件循环1（microtask queue的All）-> 事件循环2(macrotask queue中的一个)...

　　　　利用microtask queue可以形成一个同步执行的环境，但如果Microtask queue太长，将导致Macrotask任务长时间执行不了，最终导致用户I/O无响应等，所以使用需慎重。

 

四、示例、验证　　

            console.log('1, time = ' + new Date().toString())
            setTimeout(macroCallback, 0);
            new Promise(function(resolve, reject) {
                console.log('2, time = ' + new Date().toString())
                resolve();
                console.log('3, time = ' + new Date().toString())
            }).then(microCallback);

            function macroCallback() {
                console.log('4, time = ' + new Date().toString())
            } 

            function microCallback() {
                console.log('5, time = ' + new Date().toString())
            }     

　　结合第二节与第三节的分析，此处的执行流程应为：

　　　　同步环境：1 -> 2 -> 3

　　　　事件循环1（microCallback）：5

　　　　事件循环2（macroCallback）：4

　　运行结果如下：

　　　　

　　运行结果与预期一致，验证了在不同类型的任务队列中，microtask queue中的callball将优先执行。

    总结：由此我们了解事件循环的机制，同时了解了任务队列、JS主线程、异步操作之间的相互协作；同时认识了两种任务队列：macrotask queue、microtask queue，它们由不同的标准制定，microtask queue对应ECMAScript的promise属性（ES6）和 DOM3的MutationObserver，文中说明了两者在事件循环中的运行情况及区别；在今后的异步操作中，通过灵活运用不同的任务队列，提升用户交互性能，给出更加的响应和视觉体验；同时，通过JS的事件循环机制，可以更清楚JS代码的执行流，从而更好的控制代码，更有效、更好的为业务服务。