Event Loop 也叫做“事件循环”,它其实与 JavaScript 的运行机制有关。
JS初始设计
JavaScript 在设计之初便是单线程,程序运行时,只有一个线程存在,在特定的时候只能有特定的代码被执行。这和 JavaScript 的用途有关,它是一门浏览器脚本语言,通常是用来操作 DOM 的,如果是多线程,一个线程进行了删除 DOM 操作,另一个添加 DOM,此时该如何处理?所以 JavaScript 在设计之初便是单线程的。
虽然 HTML5 增加了 Web Work 可用来另开一个线程,但是该线程仍受主线程的控制,所以 JavaScript 的本质依然是单线程
线程和进程
进程和线程是操作系统中的概念,在操作系统中,一个任务就是一个进程,比如你在电脑上打开了一个浏览器来观看视频,便是打开了一个浏览器进程,此时又想记录视频中的重要信息,于是你打开了备忘录,这便是一个备忘录进程,系统会为每个进程分配它所需要的地址空间,数据,代码等系统资源。如果把一个进程看做一个小的车间,车间里有很多工人,有的负责操作机器,有的负责搬运材料,每个工人可以看做一个线程,线程可以共享进程的资源。可以说,线程是进程的最小单位,一个进程可以包含多个线程。
执行栈和任务队列
单线程的 JavaScript 一段一段地执行,前面的执行完了,再执行后面的,试想一个,如果前一个任务需要执行很久,比如接口请求、I/O 操作,此时后面的任务只能干巴巴地等待么?干等不仅浪费了资源,而且页面的交互程度也很差。JavaScript 意识到了这个问题,他们将任务分成了同步任务和异步任务,对于二者有不同的处理。
JavaScript 在运行时会将变量存放在堆(heap)和栈(stack)中,堆中通常存放着一些对象,而变量及对象的指针则存放在栈中。JavaScript 在执行时,同步任务会排好队,在主线程上按照顺序执行,前面的执行完了再执行后面的,排队的地方叫执行栈(execution context stack)。JavaScript 对异步任务不会停下来等待,而是将其挂起,继续执行执行栈中的同步任务,当异步任务有返回结果时,异步任务会加入与执行栈不一样的队列,即任务队列(task queue),所以任务队列中存放的是异步任务执行完成后的结果,通常是回调函数。
当执行栈的同步任务已经执行完成,此时主线程闲下来,它便会去查看任务队列是否有任务,如果有,主线程会将最先进入任务队列的任务加入到执行栈中执行,执行栈中的任务执行完了之后,主线程便又去任务队列中查看是否有任务可执行。主线程去任务队列读取任务到执行栈中去执行,这个过程是循环往复的,这便是 Event Loop,事件循环。
网上有张流传甚广的图对这一过程进行了总结,在图中我们可以看到,JavaScript 在运行时产生了堆和栈,ajax、setTimeout 等异步任务被挂起,异步任务的返回结果加入任务队列,主线程会循环往复地读取任务队列中的任务,加入执行栈中执行。
(JavaScript 运行机制,图片来源于网络)
宏任务与微任务
异步任务有更深一层的划分,它们是宏任务(macro task)和微任务(micro task),二者的执行顺序也有差别。在上面我们讲到异步任务的结果会进入任务队列中,对于不同的事件类型,宏任务会加入宏任务队列,微任务会加入微任务队列。在执行栈中的同步任务执行完成后,主线程会先查看任务队列中的微任务,如果有没有,则去宏任务队列中取出最前面的一个事件加入执行栈中执行;如果有,则将所有在微任务队列中的事件依次加入执行栈中执行,直到所有事件执行完成后,再去宏任务中取出最前面的一个事件加入执行栈,如此循环往复。
由此我们可以得出结论,主线程总是会先查看微任务队列,等到微任务队列中的事件都处理完成后,再去宏任务队列中添加一个事件到任务栈中执行。
常见的宏任务有 setTimeout,setInterval;常见的微任务有 new Promise。
代码例子体验
console.log(1) setTimeout(function() {
console.log(2) new Promise(function(resolve) {
console.log(3)
resolve(4)
}).then(function(num) {
console.log(num)
})
}, 300) new Promise(function(resolve) {
console.log(5)
resolve(6)
}).then(function(num) {
console.log(num)
}) setTimeout(function() {
console.log(7)
}, 400)
我们一步步来分析上面的执行顺序,当程序开始执行时,首先打印出 1,然后遇到了 setTimeout,主程序将它挂起,300 毫秒后它的回调函数进入宏任务队列,我们记做 setTimeout1。随后遇到了 new Promise,resolve 部分是同步执行的,所以会打印出 5,then 中的回调函数进入微任务队列,我们暂时记做 promise1。最后是 setTimeout,同理在 400 毫秒后加入了宏任务队列,我们记做 setTimeout2。
此时任务队列的情况如下:
宏任务 |
微任务 |
setTimeout1 |
promise1 |
setTimeout2 |
执行栈中的同步任务执行完成后,主线程查看任务队列时发现存在微任务,于是把 promise1 执行了,打印出 6。此时微任务队列已经空了,于是开始查看宏任务队列,将 setTimeout1 的回调函数加入任务栈开始执行,于是首先打印出 2,之后是 3,再将 then 中的回调函数加入微任务队列,我们记做 promise2。
此时任务队列的情况如下:
宏任务 |
微任务 |
setTimeout2 |
promise2 |
此时执行栈也空了,于是将微任务 promise2 加入执行栈,打印出 4。此时微任务已经执行完,再查看宏任务队列,于是执行 setTimeout2,打印出 7。
所以代码中的输出顺序是 1,5,6,2,3,4,7。
注意,主线程对微任务的读取是逐个读取,直到微任务队列为空,再读取宏队列,对宏任务队列的读取在一个循环中只读取一个。
小结
我们了解了 JavaScript 的运行机制,它是单线程的。JavaScript 中的任务可分为同步任务和异步任务,同步任务总是先进入执行栈中执行,异步任务会被挂起,直到有结果返回时,异步任务会进入任务队列中等待主线程读取执行。当执行栈为空时,主线程便会循环往复地读取任务队列中的事件,进入执行栈执行,这个过程叫 Event Loop。主线程对任务队列的读取也有先后之分,首先会去查找微任务,微任务队列的事件都执行完毕后,再读取最前面的宏任务进行执行,执行完再读取微任务队列,这个过程也是循环往复的。