带你完全弄懂Event Loop

时间  2019-11-06
标签 完全 弄懂 event loop 繁體版
原文   原文链接

前言

我在学习浏览器和NodeJS的Event Loop时看了大量的文章，那些文章都写的很好，可是每每是每篇文章有那么几个关键的点，不少篇文章凑在一块儿综合来看，才能够对这些概念有较为深刻的理解。html

因而，我在看了大量文章以后，想要写这么一篇博客，不采用官方的描述，结合本身的理解以及示例代码，用最通俗的语言表达出来。但愿你们能够经过这篇文章，了解到Event Loop究竟是一种什么机制，浏览器和NodeJS的Event Loop又有什么区别。若是在文中出现书写错误的地方，欢迎你们留言一块儿探讨。html5

（PS：说到Event Loop确定会提到Promise，我根据Promise A+规范本身实现了一个简易Promise库，源码放到Github上，你们有须要的能够当作参考，后续我也会也写一篇博客来说Promise，若是对你有用，就请给个Star吧~）node

正文

Event Loop是什么

event loop是一个执行模型，在不一样的地方有不一样的实现。浏览器和NodeJS基于不一样的技术实现了各自的Event Loop。git

  • 浏览器的Event Loop是在html5的规范中明肯定义。
  • NodeJS的Event Loop是基于libuv实现的。能够参考Node的官方文档以及libuv的官方文档。
  • libuv已经对Event Loop作出了实现，而HTML5规范中只是定义了浏览器中Event Loop的模型，具体的实现留给了浏览器厂商。

宏队列和微队列

宏队列，macrotask，也叫tasks。 一些异步任务的回调会依次进入macro task queue，等待后续被调用，这些异步任务包括：github

  • setTimeout
  • setInterval
  • setImmediate (Node独有)
  • requestAnimationFrame (浏览器独有)
  • I/O
  • UI rendering (浏览器独有)

微队列，microtask，也叫jobs。 另外一些异步任务的回调会依次进入micro task queue，等待后续被调用，这些异步任务包括：web

  • process.nextTick (Node独有)
  • Promise
  • Object.observe
  • MutationObserver

（注：这里只针对浏览器和NodeJS）segmentfault

浏览器的Event Loop

咱们先来看一张图，再看完这篇文章后，请返回来再仔细看一下这张图，相信你会有更深的理解。api

browser-eventloop

这张图将浏览器的Event Loop完整的描述了出来，我来说执行一个JavaScript代码的具体流程：promise

  1. 执行全局Script同步代码，这些同步代码有一些是同步语句，有一些是异步语句（好比setTimeout等）；
  2. 全局Script代码执行完毕后，调用栈Stack会清空；
  3. 从微队列microtask queue中取出位于队首的回调任务，放入调用栈Stack中执行，执行完后microtask queue长度减1；
  4. 继续取出位于队首的任务，放入调用栈Stack中执行，以此类推，直到直到把microtask queue中的全部任务都执行完毕。注意，若是在执行microtask的过程当中，又产生了microtask，那么会加入到队列的末尾，也会在这个周期被调用执行；
  5. microtask queue中的全部任务都执行完毕，此时microtask queue为空队列，调用栈Stack也为空；
  6. 取出宏队列macrotask queue中位于队首的任务，放入Stack中执行；
  7. 执行完毕后，调用栈Stack为空；
  8. 重复第3-7个步骤；
  9. 重复第3-7个步骤；
  10. ......

能够看到，这就是浏览器的事件循环Event Loop浏览器

这里概括3个重点：

  1. 宏队列macrotask一次只从队列中取一个任务执行，执行完后就去执行微任务队列中的任务；
  2. 微任务队列中全部的任务都会被依次取出来执行，知道microtask queue为空；
  3. 图中没有画UI rendering的节点，由于这个是由浏览器自行判断决定的，可是只要执行UI rendering，它的节点是在执行完全部的microtask以后，下一个macrotask以前，紧跟着执行UI render。

好了，概念性的东西就这么多，来看几个示例代码，测试一下你是否掌握了:

console.log(1);

setTimeout(() => {
  console.log(2);
  Promise.resolve().then(() => {
    console.log(3)
  });
});

new Promise((resolve, reject) => {
  console.log(4)
  resolve(5)
}).then((data) => {
  console.log(data);
})

setTimeout(() => {
  console.log(6);
})

console.log(7);

这里结果会是什么呢？运用上面了解到的知识，先本身作一下试试看。

// 正确答案
1
4
7
5
2
3
6

你答对了吗？

咱们来分析一下整个流程：

  • 执行全局Script代码

Step 1

console.log(1)

Stack Queue: [console]

Macrotask Queue: []

Microtask Queue: []

打印结果：
1

Step 2

setTimeout(() => {
  // 这个回调函数叫作callback1，setTimeout属于macrotask，因此放到macrotask queue中
  console.log(2);
  Promise.resolve().then(() => {
    console.log(3)
  });
});

Stack Queue: [setTimeout]

Macrotask Queue: [callback1]

Microtask Queue: []

打印结果：
1

Step 3

new Promise((resolve, reject) => {
  // 注意，这里是同步执行的，若是不太清楚，能够去看一下我开头本身实现的promise啦~~
  console.log(4)
  resolve(5)
}).then((data) => {
  // 这个回调函数叫作callback2，promise属于microtask，因此放到microtask queue中
  console.log(data);
})

Stack Queue: [promise]

Macrotask Queue: [callback1]

Microtask Queue: [callback2]

打印结果：
1
4

Step 5

setTimeout(() => {
  // 这个回调函数叫作callback3，setTimeout属于macrotask，因此放到macrotask queue中
  console.log(6);
})

Stack Queue: [setTimeout]

Macrotask Queue: [callback1, callback3]

Microtask Queue: [callback2]

打印结果：
1
4

Step 6

console.log(7)

Stack Queue: [console]

Macrotask Queue: [callback1, callback3]

Microtask Queue: [callback2]

打印结果：
1
4
7
  • 好啦，全局Script代码执行完了，进入下一个步骤，从microtask queue中依次取出任务执行，直到microtask queue队列为空。

Step 7

console.log(data)       // 这里data是Promise的决议值5

Stack Queue: [callback2]

Macrotask Queue: [callback1, callback3]

Microtask Queue: []

打印结果：
1
4
7
5
  • 这里microtask queue中只有一个任务，执行完后开始从宏任务队列macrotask queue中取位于队首的任务执行

Step 8

console.log(2)

Stack Queue: [callback1]

Macrotask Queue: [callback3]

Microtask Queue: []

打印结果：
1
4
7
5
2

可是，执行callback1的时候又遇到了另外一个Promise，Promise异步执行完后在microtask queue中又注册了一个callback4回调函数

Step 9

Promise.resolve().then(() => {
  // 这个回调函数叫作callback4，promise属于microtask，因此放到microtask queue中
  console.log(3)
});

Stack Queue: [promise]

Macrotask v: [callback3]

Microtask Queue: [callback4]

打印结果：
1
4
7
5
2
  • 取出一个宏任务macrotask执行完毕，而后再去微任务队列microtask queue中依次取出执行

Step 10

console.log(3)

Stack Queue: [callback4]

Macrotask Queue: [callback3]

Microtask Queue: []

打印结果：
1
4
7
5
2
3
  • 微任务队列所有执行完，再去宏任务队列中取第一个任务执行

Step 11

console.log(6)

Stack Queue: [callback3]

Macrotask Queue: []

Microtask Queue: []

打印结果：
1
4
7
5
2
3
6
  • 以上，所有执行完后，Stack Queue为空，Macrotask Queue为空，Micro Queue为空

Stack Queue: []

Macrotask Queue: []

Microtask Queue: []

最终打印结果：
1
4
7
5
2
3
6

由于是第一个例子，因此这里分析的比较详细，你们仔细看一下，接下来咱们再来一个例子：

console.log(1);

setTimeout(() => {
  console.log(2);
  Promise.resolve().then(() => {
    console.log(3)
  });
});

new Promise((resolve, reject) => {
  console.log(4)
  resolve(5)
}).then((data) => {
  console.log(data);
  
  Promise.resolve().then(() => {
    console.log(6)
  }).then(() => {
    console.log(7)
    
    setTimeout(() => {
      console.log(8)
    }, 0);
  });
})

setTimeout(() => {
  console.log(9);
})

console.log(10);

最终输出结果是什么呢？参考前面的例子，好好想想......

// 正确答案
1
4
10
5
6
7
2
3
9
8

相信你们都答对了，这里的关键在前面已经提过：

在执行微队列microtask queue中任务的时候，若是又产生了microtask，那么会继续添加到队列的末尾，也会在这个周期执行，直到microtask queue为空中止。

注：固然若是你在microtask中不断的产生microtask，那么其余宏任务macrotask就没法执行了，可是这个操做也不是无限的，拿NodeJS中的微任务process.nextTick()来讲，它的上限是1000个，后面咱们会讲到。

浏览器的Event Loop就说到这里，下面咱们看一下NodeJS中的Event Loop，它更复杂一些，机制也不太同样。

NodeJS中的Event Loop

libuv

先来看一张libuv的结构图：

node-libuv

NodeJS中的宏队列和微队列

NodeJS的Event Loop中，执行宏队列的回调任务有6个阶段，以下图：

node-eventloop-6phase

各个阶段执行的任务以下：

  • timers阶段：这个阶段执行setTimeout和setInterval预约的callback
  • I/O callback阶段：执行除了close事件的callbacks、被timers设定的callbacks、setImmediate()设定的callbacks这些以外的callbacks
  • 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()设定的callbacks
  • close callbacks阶段：执行socket.on('close', ....)这些callbacks

NodeJS中宏队列主要有4个

由上面的介绍能够看到，回调事件主要位于4个macrotask queue中：

  1. Timers Queue
  2. IO Callbacks Queue
  3. Check Queue
  4. Close Callbacks Queue

这4个都属于宏队列，可是在浏览器中，能够认为只有一个宏队列，全部的macrotask都会被加到这一个宏队列中，可是在NodeJS中，不一样的macrotask会被放置在不一样的宏队列中。

NodeJS中微队列主要有2个：

  1. Next Tick Queue：是放置process.nextTick(callback)的回调任务的
  2. Other Micro Queue：放置其余microtask，好比Promise等

在浏览器中，也能够认为只有一个微队列，全部的microtask都会被加到这一个微队列中，可是在NodeJS中，不一样的microtask会被放置在不一样的微队列中。

具体能够经过下图加深一下理解：

node-eventloop

大致解释一下NodeJS的Event Loop过程：

  1. 执行全局Script的同步代码
  2. 执行microtask微任务，先执行全部Next Tick Queue中的全部任务，再执行Other Microtask Queue中的全部任务
  3. 开始执行macrotask宏任务，共6个阶段，从第1个阶段开始执行相应每个阶段macrotask中的全部任务，注意，这里是全部每一个阶段宏任务队列的全部任务，在浏览器的Event Loop中是只取宏队列的第一个任务出来执行，每个阶段的macrotask任务执行完毕后，开始执行微任务，也就是步骤2
  4. Timers Queue -> 步骤2 -> I/O Queue -> 步骤2 -> Check Queue -> 步骤2 -> Close Callback Queue -> 步骤2 -> Timers Queue ......
  5. 这就是Node的Event Loop

关于NodeJS的macrotask queue和microtask queue，我画了两张图，你们做为参考：

node-microtaskqueue

node-macrotaskqueue

好啦，概念理解了咱们经过几个例子来实战一下：

第一个例子

console.log('start');

setTimeout(() => {          // callback1
  console.log(111);
  setTimeout(() => {        // callback2
    console.log(222);
  }, 0);
  setImmediate(() => {      // callback3
    console.log(333);
  })
  process.nextTick(() => {  // callback4
    console.log(444);  
  })
}, 0);

setImmediate(() => {        // callback5
  console.log(555);
  process.nextTick(() => {  // callback6
    console.log(666);  
  })
})

setTimeout(() => {          // callback7              
  console.log(777);
  process.nextTick(() => {  // callback8
    console.log(888);   
  })
}, 0);

process.nextTick(() => {    // callback9
  console.log(999);  
})

console.log('end');

请运用前面学到的知识，仔细分析一下......

// 正确答案
start
end
999
111
777
444
888
555
333
666
222
更新 2018.9.20

上面这段代码你执行的结果可能会有多种状况，缘由解释以下。

  • setTimeout(fn, 0)不是严格的0，通常是setTimeout(fn, 3)或什么，会有必定的延迟时间，当setTimeout(fn, 0)和setImmediate(fn)出如今同一段同步代码中时，就会存在两种状况。
  • 第1种状况：同步代码执行完了，Timer还没到期，setImmediate回调先注册到Check Queue中，开始执行微队列，而后是宏队列，先从Timers Queue中开始，发现没回调，往下走直到Check Queue中有回调，执行，而后timer到期（只要在执行完Timer Queue后到期效果就都同样），timer回调注册到Timers Queue中，下一轮循环执行到Timers Queue中才能执行那个timer 回调；因此，这种状况下，setImmediate(fn)回调先于setTimeout(fn, 0)回调执行。
  • 第2种状况：同步代码还没执行完，timer先到期，timer回调先注册到Timers Queue中，执行到setImmediate了，它的回调再注册到Check Queue中。 而后，同步代码执行完了，执行微队列，而后开始先执行Timers Queue，先执行Timer 回调，再到Check Queue，执行setImmediate回调；因此，这种状况下，setTimeout(fn, 0)回调先于setImmediate(fn)回调执行。
  • 因此，在同步代码中同时调setTimeout(fn, 0)和setImmediate状况是不肯定的，可是若是把他们放在一个IO的回调，好比readFile('xx', function () {// ....})回调中，那么IO回调是在IO Queue中，setTimeout到期回调注册到Timers Queue，setImmediate回调注册到Check Queue，IO Queue执行完到Check Queue，timer Queue获得下个周期，因此setImmediate回调这种状况下确定比setTimeout(fn, 0)回调先执行。

综上，这个例子是不太好的，setTimeout(fn, 0)和setImmediate(fn)若是想要保证结果惟一，就放在一个IO Callback中吧，上面那段代码能够把全部它俩同步执行的代码都放在一个IO Callback中，结果就惟一了。

更新结束

你答对了吗？咱们来一块儿分析一下：

  • 执行全局Script代码，先打印start，向下执行，将setTimeout的回调callback1注册到Timers Queue中，再向下执行，将setImmediate的回调callback5注册到Check Queue中，接着向下执行，将setTimeout的回调callback7注册到Timers Queue中，继续向下，将process.nextTick的回调callback9注册到微队列Next Tick Queue中,最后一步打印end。此时，各个队列的回调状况以下：

宏队列

Timers Queue: [callback1, callback7]

Check Queue: [callback5]

IO Callback Queue： []

Close Callback Queue: []

微队列

Next Tick Queue: [callback9]

Other Microtask Queue: []

打印结果
start
end
  • 全局Script执行完了，开始依次执行微任务Next Tick Queue中的所有回调任务。此时Next Tick Queue中只有一个callback9，将其取出放入调用栈中执行，打印999。

宏队列

Timers Queue: [callback1, callback7]

Check Queue: [callback5]

IO Callback Queue： []

Close Callback Queue: []

微队列

Next Tick Queue: []

Other Microtask Queue: []

打印结果
start
end
999
  • 开始依次执行6个阶段各自宏队列中的全部任务，先执行第1个阶段Timers Queue中的全部任务，先取出callback1执行，打印111，callback1函数继续向下，依次把callback2放入Timers Queue中，把callback3放入Check Queue中，把callback4放入Next Tick Queue中，而后callback1执行完毕。再取出Timers Queue中此时排在首位的callback7执行，打印777，把callback8放入Next Tick Queue中，执行完毕。此时，各队列状况以下：

宏队列

Timers Queue: [callback2]

Check Queue: [callback5, callback3]

IO Callback Queue： []

Close Callback Queue: []

微队列

Next Tick Queue: [callback4, callback8]

Other Microtask Queue: []

打印结果
start
end
999
111
777
  • 6个阶段每阶段的宏任务队列执行完毕后，都会开始执行微任务，此时，先取出Next Tick Queue中的全部任务执行，callback4开始执行，打印444，而后callback8开始执行，打印888，Next Tick Queue执行完毕，开始执行Other Microtask Queue中的任务，由于里面为空，因此继续向下。

宏队列

Timers Queue: [callback2]

Check Queue: [callback5, callback3]

IO Callback Queue： []

Close Callback Queue: []

微队列

Next Tick Queue: []

Other Microtask Queue: []

打印结果
start
end
999
111
777
444
888
  • 第2个阶段IO Callback Queue队列为空，跳过，第3和第4个阶段通常是Node内部使用，跳过，进入第5个阶段Check Queue。取出callback5执行，打印555，把callback6放入Next Tick Queue中，执行callback3，打印333。

宏队列

Timers Queue: [callback2]

Check Queue: []

IO Callback Queue： []

Close Callback Queue: []

微队列

Next Tick Queue: [callback6]

Other Microtask Queue: []

打印结果
start
end
999
111
777
444
888
555
333
  • 执行微任务队列，先执行Next Tick Queue，取出callback6执行，打印666，执行完毕，由于Other Microtask Queue为空，跳过。

宏队列

Timers Queue: [callback2]

Check Queue: []

IO Callback Queue： []

Close Callback Queue: []

微队列

Next Tick Queue: [callback6]

Other Microtask Queue: []

打印结果
start
end
999
111
777
444
888
555
333
  • 执行第6个阶段Close Callback Queue中的任务，为空，跳过，好了，此时一个循环已经结束。进入下一个循环，执行第1个阶段Timers Queue中的全部任务，取出callback2执行，打印222，完毕。此时，全部队列包括宏任务队列和微任务队列都为空，再也不打印任何东西。

宏队列

Timers Queue: []

Check Queue: []

IO Callback Queue： []

Close Callback Queue: []

微队列

Next Tick Queue: [callback6]

Other Microtask Queue: []

最终结果
start
end
999
111
777
444
888
555
333
666
222

以上就是这道题目的详细分析，若是没有明白，必定要多看几回。

下面引入Promise再来看一个例子：

console.log('1');

setTimeout(function() {
    console.log('2');
    process.nextTick(function() {
        console.log('3');
    })
    new Promise(function(resolve) {
        console.log('4');
        resolve();
    }).then(function() {
        console.log('5')
    })
})

new Promise(function(resolve) {
    console.log('7');
    resolve();
}).then(function() {
    console.log('8')
})
process.nextTick(function() {
  console.log('6');
})

setTimeout(function() {
    console.log('9');
    process.nextTick(function() {
        console.log('10');
    })
    new Promise(function(resolve) {
        console.log('11');
        resolve();
    }).then(function() {
        console.log('12')
    })
})

你们仔细分析，相比于上一个例子，这里因为存在Promise，因此Other Microtask Queue中也会有回调任务的存在，执行到微任务阶段时，先执行Next Tick Queue中的全部任务，再执行Other Microtask Queue中的全部任务，而后才会进入下一个阶段的宏任务。明白了这一点，相信你们均可以分析出来，下面直接给出正确答案，若有疑问，欢迎留言和我讨论。

// 正确答案
1
7
6
8
2
4
9
11
3
10
5
12

setTimeout 对比 setImmediate

  • setTimeout(fn, 0)在Timers阶段执行，而且是在poll阶段进行判断是否达到指定的timer时间才会执行
  • setImmediate(fn)在Check阶段执行

二者的执行顺序要根据当前的执行环境才能肯定：

  • 若是二者都在主模块(main module)调用，那么执行前后取决于进程性能，顺序随机
  • 若是二者都不在主模块调用，即在一个I/O Circle中调用，那么setImmediate的回调永远先执行，由于会先到Check阶段

setImmediate 对比 process.nextTick

  • setImmediate(fn)的回调任务会插入到宏队列Check Queue中
  • process.nextTick(fn)的回调任务会插入到微队列Next Tick Queue中
  • process.nextTick(fn)调用深度有限制，上限是1000，而setImmedaite则没有

总结

  1. 浏览器的Event Loop和NodeJS的Event Loop是不一样的，实现机制也不同，不要混为一谈。
  2. 浏览器能够理解成只有1个宏任务队列和1个微任务队列，先执行全局Script代码，执行完同步代码调用栈清空后，从微任务队列中依次取出全部的任务放入调用栈执行，微任务队列清空后，从宏任务队列中只取位于队首的任务放入调用栈执行，注意这里和Node的区别，只取一个，而后继续执行微队列中的全部任务，再去宏队列取一个，以此构成事件循环。
  3. NodeJS能够理解成有4个宏任务队列和2个微任务队列，可是执行宏任务时有6个阶段。先执行全局Script代码，执行完同步代码调用栈清空后，先从微任务队列Next Tick Queue中依次取出全部的任务放入调用栈中执行，再从微任务队列Other Microtask Queue中依次取出全部的任务放入调用栈中执行。而后开始宏任务的6个阶段，每一个阶段都将该宏任务队列中的全部任务都取出来执行（注意，这里和浏览器不同，浏览器只取一个），每一个宏任务阶段执行完毕后，开始执行微任务，再开始执行下一阶段宏任务，以此构成事件循环。
  4. MacroTask包括： setTimeout、setInterval、 setImmediate(Node)、requestAnimation(浏览器)、IO、UI rendering
  5. Microtask包括： process.nextTick(Node)、Promise、Object.observe、MutationObserver

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不要混淆nodejs和浏览器中的event loop
node中的Event模块
Promises, process.nextTick And setImmediate
浏览器和Node不一样的事件循环
Tasks, microtasks, queues and schedules
理解事件循环浅析

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