理解JS中宏任务和微任务

2024-01-10 11:26:34

先来一道常见的面试题：

console.log('start')

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

new Promise((resolve) => {
  console.log('promise')
  resolve()
})
  .then(() => {
    console.log('then1')
  })
  .then(() => {
    console.log('then2')
  })

console.log('end')

应该不少同学都能答出来，结果为：

start 
promise
end
then1
then2
setTimeout

这个就涉及到JavaScript事件轮询中的宏任务和微任务。那么，你能说清楚到底宏任务和微任务是什么？是谁发起的？为什么微任务的执行要先于宏任务呢？

首先，我们需要先知道js运行机制。

 

js运行机制

概念1： JS是单线程执行

”JS是单线程的”指的是JS 引擎线程。

在浏览器环境中，有JS 引擎线程和渲染线程，且两个线程互斥。
Node环境中，只有JS 线程。

概念2：宿主

JS运行的环境。一般为浏览器或者Node。

概念3：执行栈

是一个存储函数调用的栈结构，遵循先进后出的原则。

function foo() {
  throw new Error('error')
}
function bar() {
  foo()
}
bar()
  理解JS中宏任务和微任务

当开始执行 JS 代码时，首先会执行一个 main 函数，然后执行我们的代码。根据先进后出的原则，后执行的函数会先弹出栈，在图中我们也可以发现，foo 函数后执行，当执行完毕后就从栈中弹出了。

概念4：Event Loop

JS到底是怎么运行的呢？

  理解JS中宏任务和微任务 JS引擎常驻于内存中，等待宿主将JS代码或函数传递给它。也就是等待宿主环境分配宏观任务，反复等待 - 执行即为事件循环。  

Event Loop中，每一次循环称为tick，每一次tick的任务如下：

执行栈选择最先进入队列的宏任务（一般都是script），执行其同步代码直至结束；
检查是否存在微任务，有则会执行至微任务队列为空；
如果宿主为浏览器，可能会渲染页面；
开始下一轮tick，执行宏任务中的异步代码（setTimeout等回调）。

概念5：宏任务和微任务

ES6 规范中，microtask 称为 jobs，macrotask 称为 task，宏任务是由宿主发起的，而微任务由JavaScript自身发起。  

在ES3以及以前的版本中，JavaScript本身没有发起异步请求的能力，也就没有微任务的存在。在ES5之后，JavaScript引入了Promise，这样，不需要浏览器，JavaScript引擎自身也能够发起异步任务了。

所以，总结一下，两者区别为：

  宏任务（macrotask） 微任务（microtask）
谁发起的 宿主（Node、浏览器） JS引擎
具体事件 1. script (可以理解为外层同步代码)
2. setTimeout/setInterval
3. UI rendering/UI事件
4. postMessage，MessageChannel
5. setImmediate，I/O（Node.js）		 1. Promise
2. MutaionObserver
3. Object.observe（已废弃；Proxy 对象替代）
4. process.nextTick（Node.js）
谁先运行 后运行 先运行
会触发新一轮Tick吗 会 不会

拓展 1：async和await是如何处理异步任务的？

简单说，async是通过Promise包装异步任务。

比如有如下代码：

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

改为ES5的写法：

new Promise((resolve, reject) => {
  // console.log('async2 end')
  async2() 
  ...
}).then(() => {
 // 执行async1()函数await之后的语句
  console.log('async1 end')
})

当调用 async1 函数时，会马上输出 async2 end，并且函数返回一个 Promise，接下来在遇到 await的时候会就让出线程开始执行 async1 外的代码（可以把 await 看成是让出线程的标志）。
然后当同步代码全部执行完毕以后，就会去执行所有的异步代码，那么又会回到 await 的位置，去执行 then 中的回调。

拓展 2：setTimeout，setImmediate谁先执行？

setImmediate和process.nextTick为Node环境下常用的方法（IE11支持setImmediate），所以，后续的分析都基于Node宿主。

Node.js是运行在服务端的js，虽然用到也是V8引擎，但由于服务目的和环境不同，导致了它的API与原生JS有些区别，其Event Loop还要处理一些I/O，比如新的网络连接等，所以与浏览器Event Loop不太一样。

执行顺序如下：

 

timers: 执行setTimeout和setInterval的回调

pending callbacks: 执行延迟到下一个循环迭代的 I/O 回调

idle, prepare: 仅系统内部使用

poll: 检索新的 I/O 事件;执行与 I/O 相关的回调。事实上除了其他几个阶段处理的事情，其他几乎所有的异步都在这个阶段处理。

check: setImmediate在这里执行

close callbacks: 一些关闭的回调函数，如：socket.on('close', ...)

 

一般来说，setImmediate会在setTimeout之前执行，如下：

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

其执行顺序为：

 

外层是一个setTimeout，所以执行它的回调的时候已经在timers阶段了

处理里面的setTimeout，因为本次循环的timers正在执行，所以其回调其实加到了下个timers阶段

处理里面的setImmediate，将它的回调加入check阶段的队列

外层timers阶段执行完，进入pending callbacks，idle, prepare，poll，这几个队列都是空的，所以继续往下

到了check阶段，发现了setImmediate的回调，拿出来执行

然后是close callbacks，队列是空的，跳过

又是timers阶段，执行console.log('setTimeout')

 

但是，如果当前执行环境不是timers阶段，就不一定了。。。。顺便科普一下Node里面对setTimeout的特殊处理：setTimeout(fn, 0)会被强制改为setTimeout(fn, 1)。

看看下面的例子：

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

setImmediate(() => {
  console.log('setImmediate');
});

其执行顺序为：

 

遇到setTimeout，虽然设置的是0毫秒触发，但是被node.js强制改为1毫秒，塞入times阶段

遇到setImmediate塞入check阶段

同步代码执行完毕，进入Event Loop

先进入times阶段，检查当前时间过去了1毫秒没有，如果过了1毫秒，满足setTimeout条件，执行回调，如果没过1毫秒，跳过

跳过空的阶段，进入check阶段，执行setImmediate回调

 

可见，1毫秒是个关键点，所以在上面的例子中，setImmediate不一定在setTimeout之前执行了。

拓展 3：Promise，process.nextTick谁先执行？

因为process.nextTick为Node环境下的方法，所以后续的分析依旧基于Node。

process.nextTick() 是一个特殊的异步API，其不属于任何的Event Loop阶段。事实上Node在遇到这个API时，Event Loop根本就不会继续进行，会马上停下来执行process.nextTick()，这个执行完后才会继续Event Loop。

所以，nextTick和Promise同时出现时，肯定是nextTick先执行，原因是nextTick的队列比Promise队列优先级更高。

拓展 4：应用场景 - vue中的vm.$nextTick

vm.$nextTick 接受一个回调函数作为参数，用于将回调延迟到下次DOM更新周期之后执行。

这个API就是基于事件循环实现的。
“下次DOM更新周期”的意思就是下次微任务执行时更新DOM，而vm.$nextTick就是将回调函数添加到微任务中（在特殊情况下会降级为宏任务）。

因为微任务优先级太高，vue 2.4版本之后，提供了强制使用宏任务的方法。

vm.$nextTick优先使用Promise，创建微任务。
如果不支持Promise或者强制开启宏任务，那么，会按照如下顺序发起宏任务：

http://www.ssnd.com.cn 化妆品OEM代加工

优先检测是否支持原生 setImmediate（这是一个高版本 IE 和 Edge 才支持的特性）

如果不支持，再去检测是否支持原生的MessageChannel

如果也不支持的话就会降级为 setTimeout。

 

小结

下面是道加强版的考题，大家可以试一试。

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')
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