javaScript中的事件循环详解---浏览器和Node中的事件循环

javaScript中的事件循环

进程和线程

线程和进程是操作系统中的两个概念:

  • 进程(process):计算机已经运行的程序,是操作系统管理程序的一种方式;
  • 线程(thread):操作系统能够运行运算调度的最小单位,通常情况下它被包含在进程中;

听起来很抽象,这里还是给出我的解释:

  • 进程:我们可以认为,启动一个应用程序,就会默认启动一个进程(也可能是多个进程);
  • 线程:每一个进程中,都会启动至少一个线程用来执行程序中的代码,这个线程被称之为主线程;
  • 所以我们也可以说进程是线程的容器;

再用一个形象的例子解释:

  • 操作系统类似于一个大工厂;
  • 工厂中里有很多车间,这个车间就是进程;
  • 每个车间可能有一个以上的工人在工厂,这个工人就是线程;

操作系统 – 进程 – 线程

javaScript中的事件循环详解---浏览器和Node中的事件循环

操作系统的工作方式

操作系统是如何做到同时让多个进程(边听歌、边写代码、边查阅资料)同时工作呢?

  • 这是因为CPU的运算速度非常快,它可以快速的在多个进程之间迅速的切换;
  • 当我们进程中的线程获取到时间片时,就可以快速执行我们编写的代码;
  • 对于用户来说是感受不到这种快速的切换的;

你可以在Mac的活动监视器或者Windows的资源管理器中查看到很多进程:

javaScript中的事件循环详解---浏览器和Node中的事件循环

浏览器中的JavaScript线程

我们经常会说JavaScript是单线程的,但是JavaScript的线程应该有自己的容器进程:浏览器或者Node。

浏览器是一个进程吗,它里面只有一个线程吗?

  • 目前多数的浏览器其实都是多进程的,当我们打开一个tab页面时就会开启一个新的进程,这是为了防止一个页 面卡死而造成所有页面无法响应,整个浏览器需要强制退出;
  • 每个进程中又有很多的线程,其中包括执行JavaScript代码的线程;

JavaScript的代码执行是在一个单独的线程中执行的:

  • 这就意味着JavaScript的代码,在同一个时刻只能做一件事;
  • 如果这件事是非常耗时的,就意味着当前的线程就会被阻塞;

所以真正耗时的操作,实际上并不是由JavaScript线程在执行的:

  • 浏览器的每个进程是多线程的,那么其他线程可以来完成这个耗时的操作;
  • 比如网络请求、定时器,我们只需要在特性的时候执行应该有的回调即可;

浏览器的事件循环

如果在执行JavaScript代码的过程中,有异步操作呢?

  • 中间我们插入了一个setTimeout的函数调用;
  • 这个函数被放到入调用栈中,执行会立即结束,并不会阻塞后续代码的执行;

javaScript中的事件循环详解---浏览器和Node中的事件循环

宏任务和微任务

但是事件循环中并非只维护着一个队列,事实上是有两个队列:

  • 宏任务队列(macrotask queue):ajax、setTimeout、setInterval、DOM监听、UI Rendering等
  • 微任务队列(microtask queue):Promise的then回调、 Mutation Observer API、queueMicrotask()等

那么事件循环对于两个队列的优先级是怎么样的呢?

  • 1.main script中的代码优先执行(编写的顶层script代码);
  • 2.在执行任何一个宏任务之前(不是队列,是一个宏任务),都会先查看微任务队列中是否有任务需要执行
    • 也就是宏任务执行之前,必须保证微任务队列是空的;
    • 如果不为空,那么就优先执行微任务队列中的任务(回调);

下面我们通过几到面试题来练习一下。

Promise面试题

setTimeout(function () {
  console.log("setTimeout1");
  new Promise(function (resolve) {
    resolve();
  }).then(function () {
    new Promise(function (resolve) {
      resolve();
    }).then(function () {
      console.log("then4");
    });
    console.log("then2");
  });
});

new Promise(function (resolve) {
  console.log("promise1");
  resolve();
}).then(function () {
  console.log("then1");
});

setTimeout(function () {
  console.log("setTimeout2");
});

console.log(2);

queueMicrotask(() => {
  console.log("queueMicrotask1")
});

new Promise(function (resolve) {
  resolve();
}).then(function () {
  console.log("then3");
});

// promise1
// 2
// then1
// queueMicrotask1
// then3
// setTimeout1
// then2
// then4
// setTimeout2

promise async await 面试题

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

async function async2 () {
  console.log('async2')
}

console.log('script start')

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

Promise较难面试题

Promise.resolve().then(() => {
  console.log(0);
  // 1.直接return一个值 相当于resolve(4)
  // return 4

  // 2.return thenable的值
  // return {
  //   then: function(resolve) {
  //     // 大量的计算
  //     resolve(4)
  //   }
  // }

  // 3.return Promise
  // 不是普通的值, 多加一次微任务
  // Promise.resolve(4), 多加一次微任务
  // 一共多加两次微任务
  return Promise.resolve(4)
}).then((res) => {
  console.log(res)
})

Promise.resolve().then(() => {
  console.log(1);
}).then(() => {
  console.log(2);
}).then(() => {
  console.log(3);
}).then(() => {
  console.log(5);
}).then(() =>{
  console.log(6);
})


// 1.return 4
// 0
// 1
// 4
// 2
// 3
// 5
// 6

// 2.return thenable
// 0
// 1
// 2
// 4
// 3
// 5
// 6

// 3.return promise
// 0
// 1
// 2
// 3
// 4
// 5
// 6

Node的事件循环

浏览器中的EventLoop是根据HTML5定义的规范来实现的,不同的浏览器可能会有不同的实现,而Node中是由libuv实现的。 (libuv是Node中的一个库)

这里我们来给出一个Node的架构图:

  • 我们会发现libuv中主要维护了一个EventLoop和worker threads(线程池);
  • EventLoop负责调用系统的一些其他操作:文件的IO、Network、child-processes等

libuv是一个多平台的专注于异步IO的库,它最初是为Node开发的,但是现在也被使用到Luvit、Julia、pyuv等其他地方;

javaScript中的事件循环详解---浏览器和Node中的事件循环

Node事件循环的阶段

我们最前面就强调过,事件循环像是一个桥梁,是连接着应用程序的JavaScript和系统调用之间的通道:

  • 无论是我们的文件IO、数据库、网络IO、定时器、子进程,在完成对应的操作后,都会将对应的结果和回调函

    数放到事件循环(任务队列)中;

  • 事件循环会不断的从任务队列中取出对应的事件(回调函数)来执行;

但是一次完整的事件循环Tick分成很多个阶段:

  • 定时器(Timers):本阶段执行已经被 setTimeout() 和 setInterval() 的调度回调函数。

  • 待定回调(Pending Callback):对某些系统操作(如TCP错误类型)执行回调,比如TCP连接时接收到 ECONNREFUSED。

  • idle, prepare:仅系统内部使用。

  • 轮询(Poll):检索新的 I/O 事件;执行与 I/O 相关的回调;

  • 检测(check):setImmediate() 回调函数在这里执行。

  • 关闭的回调函数:一些关闭的回调函数,如:socket.on(‘close’, …)。

Node事件循环的阶段图解

javaScript中的事件循环详解---浏览器和Node中的事件循环

Node的宏任务和微任务

我们会发现从一次事件循环的Tick来说,Node的事件循环更复杂,它也分为微任务和宏任务:

  • 宏任务(macrotask):setTimeout、setInterval、IO事件、setImmediate、close事件;
  • 微任务(microtask):Promise的then回调、process.nextTick、queueMicrotask;

但是,Node中的事件循环不只是 微任务队列和 宏任务队列:

微任务队列:

  • next tick queue:process.nextTick;
  • other queue:Promise的then回调、queueMicrotask;

宏任务队列:

  • timer queue:setTimeout、setInterval;
  • poll queue:IO事件;
  • check queue:setImmediate;
  • close queue:close事件

Node事件循环的顺序

所以,在每一次事件循环的tick中,会按照如下顺序来执行代码:

  • next tick microtask queue;
  • other microtask queue;
  • timer queue;
  • poll queue;
  • check queue;
  • close queue;

Node执行面试题

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

async function async2() {
  console.log('async2')
}

console.log('script start')

setTimeout(function () {
  console.log('setTimeout0')
}, 0)

setTimeout(function () {
  console.log('setTimeout2')
}, 300)

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

process.nextTick(() => console.log('nextTick1'));

async1();

process.nextTick(() => console.log('nextTick2'));

new Promise(function (resolve) {
  console.log('promise1')
  resolve();
  console.log('promise2')
}).then(function () {
  console.log('promise3')
})

console.log('script end')

// script start
// async1 start
// async2
// promise1
// promise2
// script end
// nexttick1
// nexttick2
// async1 end
// promise3
// settimetout0
// setImmediate
// setTimeout2
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