JS基础-事件循环机制

从一道题浅说 JavaScript 的事件循环

原文链接： https://github.com/Advanced-Frontend/Daily-Interview-Question/issues/7

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

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

(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

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

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：

Promise和async中的立即执行

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

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

async function async1() {
	console.log('async1 start');
	await async2();
	console.log('async1 end');
}

等价于

async function async1() {
	console.log('async1 start');
	Promise.resolve(async2()).then(() ={
                console.log('async1 end');
        })
}

回到本题

//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

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：

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

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：

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

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：

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

• 从一道题浅说 JavaScript 的事件循环
• async/await 执行顺序详解