avaScript事件循环(Event Loop)机制

JavaScript 是单线程单并发语言

1. 什么是单线程

主程序只有一个线程，即同一时间片断内其只能执行单个任务。

2. 为什么选择单线程？

JavaScript的主要用途是与用户互动，以及操作DOM。这决定了它只能是单线程，否则会带来很复杂的同步问题。

3. 单线程意味着什么？

单线程就意味着，所有任务都需要排队，前一个任务结束，才会执行后一个任务。如果前一个任务耗时很长，后一个任务就需要一直等着。这就会导致IO操作（耗时但cpu闲置）时造成性能浪费的问题。

4. 如何解决单线程带来的性能问题？

答案是异步！主线程完全可以不管IO操作，暂时挂起处于等待中的任务，先运行排在后面的任务。等到IO操作返回了结果，再回过头，把挂起的任务继续执行下去。于是，所有任务可以分成两种，一种是同步任务（synchronous），另一种是异步任务（asynchronous）

注： 当主线程阻塞时，任务队列仍然是能够被推入任务的

事件循环（Event Loop）

1. JavaScript 内存模型

讲事件循环之前，先看一张下网上看到的 JavaScript 内存模型，相信看完这个会对事件循环机制有一种豁然开朗的感觉。

• 调用栈（Call Stack）：用于主线程任务的执行

• 堆（Heap）： 用于存放非结构化数据，譬如程序分配的变量与对象

• 任务队列（Queue）： 用于存放异步任务与定时任务。

2. JavaScript 代码执行机制：

• 所有同步任务都在主线程上的栈中执行。

• 主线程之外，还存在一个"任务队列"（task queue）。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"栈"中的所有同步任务执行完毕，系统就会读取"任务队列"，选择出需要首先执行的任务（由浏览器决定，并不按序）。

3. Event Loop

现在我们来聊事件循环。事件循环顾名思义它就是一个循环，主线程会不断循环执行上面的第三步,其基本的代码逻辑如下所示：

4. 常见异步任务进入任务队列时机

事件循环机制图解：

任务

1. MacroTask（Task）

   setTimeout, setInterval, setImmediate, requestAnimationFrame, I/O, UI rendering

2. MicroTask（在ES2015规范中称为Job）

   process.nextTick, Promise, Object.observe, MutationObserver

规范：

• 每个浏览器环境，至多有一个event loop。

• 一个event loop可以有1个或多个task queue，而仅有一个 MicroTask Queue。

• 一个task queue是一列有序的task, 每个task定义时都有一个task source，从同一个task source来的task必须放到同一个task queue，从不同源来的则被添加到不同队列。

• tasks are scheduled，所以浏览器可以从内部到JS/DOM，保证动作按序发生。

• Microtasks are scheduled，Microtask queue 在当前 task queue 的结尾执行。microtask中添加的microtask也被添加到Microtask queue的末尾并处理。

注： event loop的每个turn，是由浏览器决定先执行哪个task queue。这允许浏览器为不同的task source设置不同的优先级，比如为用户交互设置更高优先级来使用户感觉流畅。

示例

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程序员小乐(ID:study_tech)第 746 次推文 图片来自 网络

往日回顾：互联网形势不容乐观，360董事长周鸿祎年会送“免裁卡”安定军心

正文

本文的目的就是要保证你彻底弄懂JavaScript的执行机制，如果读完本文还不懂，可以揍我。

不论你是javascript新手还是老鸟，不论是面试求职，还是日常开发工作，我们经常会遇到这样的情况：给定的几行代码，我们需要知道其输出内容和顺序。因为javascript是一门单线程语言，所以我们可以得出结论：

• javascript是按照语句出现的顺序执行的

看到这里读者要打人了：我难道不知道js是一行一行执行的？还用你说？稍安勿躁，正因为js是一行一行执行的，所以我们以为js都是这样的：

let a='1';
console.log(a);

let b='2';
console.log(b);

然而实际上js是这样的：

setTimeout(function(){
console.log('定时器开始啦')
});

new Promise(function(resolve){
console.log('马上执行for循环啦');
for(var i=0; i < 10000; i++){
i==99 && resolve();
}
}).then(function(){
console.log('执行then函数啦')
});

console.log('代码执行结束');

依照js是按照语句出现的顺序执行这个理念，我自信的写下输出结果：

//"定时器开始啦"
//"马上执行for循环啦"
//"执行then函数啦"
//"代码执行结束"

去chrome上验证下，结果完全不对，瞬间懵了，说好的一行一行执行的呢？

我们真的要彻底弄明白javascript的执行机制了。

1.关于javascript

javascript是一门单线程语言，在最新的HTML5中提出了Web-Worker，但javascript是单线程这一核心仍未改变。所以一切javascript版的"多线程"都是用单线程模拟出来的，一切javascript多线程都是纸老虎！

2.javascript事件循环

既然js是单线程，那就像只有一个窗口的银行，客户需要排队一个一个办理业务，同理js任务也要一个一个顺序执行。如果一个任务耗时过长，那么后一个任务也必须等着。那么问题来了，假如我们想浏览新闻，但是新闻包含的超清图片加载很慢，难道我们的网页要一直卡着直到图片完全显示出来？因此聪明的程序员将任务分为两类：

• 同步任务

• 异步任务

当我们打开网站时，网页的渲染过程就是一大堆同步任务，比如页面骨架和页面元素的渲染。而像加载图片音乐之类占用资源大耗时久的任务，就是异步任务。关于这部分有严格的文字定义，但本文的目的是用最小的学习成本彻底弄懂执行机制，所以我们用导图来说明：

导图要表达的内容用文字来表述的话：

• 同步和异步任务分别进入不同的执行"场所"，同步的进入主线程，异步的进入Event Table并注册函数。

• 当指定的事情完成时，Event Table会将这个函数移入Event Queue。

• 主线程内的任务执行完毕为空，会去Event Queue读取对应的函数，进入主线程执行。

• 上述过程会不断重复，也就是常说的Event Loop(事件循环)。

我们不禁要问了，那怎么知道主线程执行栈为空啊？js引擎存在monitoring process进程，会持续不断的检查主线程执行栈是否为空，一旦为空，就会去Event Queue那里检查是否有等待被调用的函数。

说了这么多文字，不如直接一段代码更直白：

let data=[];
$.ajax({
url:www.javascript.com,
data:data,
success:()=> {
console.log('发送成功!');
}
})
console.log('代码执行结束');

上面是一段简易的ajax请求代码：

• ajax进入Event Table，注册回调函数success。

• 执行console.log('代码执行结束')。

• ajax事件完成，回调函数success进入Event Queue。

• 主线程从Event Queue读取回调函数success并执行。

相信通过上面的文字和代码，你已经对js的执行顺序有了初步了解。接下来我们来研究进阶话题：setTimeout。

3.又爱又恨的setTimeout

大名鼎鼎的setTimeout无需再多言，大家对他的第一印象就是异步可以延时执行，我们经常这么实现延时3秒执行：

setTimeout(()=> {
console.log('延时3秒');
},3000)

渐渐的setTimeout用的地方多了，问题也出现了，有时候明明写的延时3秒，实际却5，6秒才执行函数，这又咋回事啊？

先看一个例子：

setTimeout(()=> {
task();
},3000)
console.log('执行console');

根据前面我们的结论，setTimeout是异步的，应该先执行console.log这个同步任务，所以我们的结论是：

//执行console
//task()复制代码
去验证一下，结果正确！
然后我们修改一下前面的代码：
setTimeout(()=> {
task()
},3000)

sleep(10000000)

乍一看其实差不多嘛，但我们把这段代码在chrome执行一下，却发现控制台执行task()需要的时间远远超过3秒，说好的延时三秒，为啥现在需要这么长时间啊？

这时候我们需要重新理解setTimeout的定义。我们先说上述代码是怎么执行的：

• task()进入Event Table并注册,计时开始。

• 执行sleep函数，很慢，非常慢，计时仍在继续。

• 3秒到了，计时事件timeout完成，task()进入Event Queue，但是sleep也太慢了吧，还没执行完，只好等着。

• sleep终于执行完了，task()终于从Event Queue进入了主线程执行。

上述的流程走完，我们知道setTimeout这个函数，是经过指定时间后，把要执行的任务(本例中为task())加入到Event Queue中，又因为是单线程任务要一个一个执行，如果前面的任务需要的时间太久，那么只能等着，导致真正的延迟时间远远大于3秒。

我们还经常遇到setTimeout(fn,0)这样的代码，0秒后执行又是什么意思呢？是不是可以立即执行呢？

答案是不会的，setTimeout(fn,0)的含义是，指定某个任务在主线程最早可得的空闲时间执行，意思就是不用再等多少秒了，只要主线程执行栈内的同步任务全部执行完成，栈为空就马上执行。举例说明：

//代码1
console.log('先执行这里');
setTimeout(()=> {
console.log('执行啦')
},0);复制代码
//代码2
console.log('先执行这里');
setTimeout(()=> {
console.log('执行啦')
},3000);

代码1的输出结果是：
//先执行这里
//执行啦复制代码
代码2的输出结果是：
//先执行这里
// ... 3s later
// 执行啦

关于setTimeout要补充的是，即便主线程为空，0毫秒实际上也是达不到的。根据HTML的标准，最低是4毫秒。有兴趣的同学可以自行了解。

4.又恨又爱的setInterval

上面说完了setTimeout，当然不能错过它的孪生兄弟setInterval。他俩差不多，只不过后者是循环的执行。对于执行顺序来说，setInterval会每隔指定的时间将注册的函数置入Event Queue，如果前面的任务耗时太久，那么同样需要等待。

唯一需要注意的一点是，对于setInterval(fn,ms)来说，我们已经知道不是每过ms秒会执行一次fn，而是每过ms秒，会有fn进入Event Queue。一旦setInterval的回调函数fn执行时间超过了延迟时间ms，那么就完全看不出来有时间间隔了。这句话请读者仔细品味。

5.Promise与process.nextTick(callback)

传统的定时器我们已经研究过了，接着我们探究Promise与process.nextTick(callback)的表现。

Promise的定义和功能本文不再赘述，不了解的读者可以学习一下阮一峰老师的Promise。而process.nextTick(callback)类似node.js版的"setTimeout"，在事件循环的下一次循环中调用 callback 回调函数。

我们进入正题，除了广义的同步任务和异步任务，我们对任务有更精细的定义：

• macro-task(宏任务)：包括整体代码script，setTimeout，setInterval

• micro-task(微任务)：Promise，process.nextTick

不同类型的任务会进入对应的Event Queue，比如setTimeout和setInterval会进入相同的Event Queue。

事件循环的顺序，决定js代码的执行顺序。进入整体代码(宏任务)后，开始第一次循环。接着执行所有的微任务。然后再次从宏任务开始，找到其中一个任务队列执行完毕，再执行所有的微任务。听起来有点绕，我们用文章最开始的一段代码说明：

setTimeout(function() {
console.log('setTimeout');
})

new Promise(function(resolve) {
console.log('promise');
}).then(function() {
console.log('then');
})

console.log('console');
// 执行啦

• 这段代码作为宏任务，进入主线程。

• 先遇到setTimeout，那么将其回调函数注册后分发到宏任务Event Queue。(注册过程与上同，下文不再描述)

• 接下来遇到了Promise，new Promise立即执行，then函数分发到微任务Event Queue。

• 遇到console.log()，立即执行。

• 好啦，整体代码script作为第一个宏任务执行结束，看看有哪些微任务？我们发现了then在微任务Event Queue里面，执行。

• ok，第一轮事件循环结束了，我们开始第二轮循环，当然要从宏任务Event Queue开始。我们发现了宏任务Event Queue中setTimeout对应的回调函数，立即执行。

• 结束。

事件循环，宏任务，微任务的关系如图所示：

我们来分析一段较复杂的代码，看看你是否真的掌握了js的执行机制：

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

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

第一轮事件循环流程分析如下：

• 整体script作为第一个宏任务进入主线程，遇到console.log，输出1。

• 遇到setTimeout，其回调函数被分发到宏任务Event Queue中。我们暂且记为setTimeout1。

• 遇到process.nextTick()，其回调函数被分发到微任务Event Queue中。我们记为process1。

• 遇到Promise，new Promise直接执行，输出7。then被分发到微任务Event Queue中。我们记为then1。

• 又遇到了setTimeout，其回调函数被分发到宏任务Event Queue中，我们记为setTimeout2。

• 上表是第一轮事件循环宏任务结束时各Event Queue的情况，此时已经输出了1和7。

• 我们发现了process1和then1两个微任务。

• 执行process1,输出6。

• 执行then1，输出8。

好了，第一轮事件循环正式结束，这一轮的结果是输出1，7，6，8。那么第二轮时间循环从setTimeout1宏任务开始：

• 首先输出2。接下来遇到了process.nextTick()，同样将其分发到微任务Event Queue中，记为process2。new Promise立即执行输出4，then也分发到微任务Event Queue中，记为then2。

• 第二轮事件循环宏任务结束，我们发现有process2和then2两个微任务可以执行。

• 输出3。

• 输出5。

• 第二轮事件循环结束，第二轮输出2，4，3，5。

• 第三轮事件循环开始，此时只剩setTimeout2了，执行。

• 直接输出9。

• 将process.nextTick()分发到微任务Event Queue中。记为process3。

• 直接执行new Promise，输出11。

• 将then分发到微任务Event Queue中，记为then3。

• 第三轮事件循环宏任务执行结束，执行两个微任务process3和then3。

• 输出10。

• 输出12。

• 第三轮事件循环结束，第三轮输出9，11，10，12。

整段代码，共进行了三次事件循环，完整的输出为1，7，6，8，2，4，3，5，9，11，10，12。

(请注意，node环境下的事件监听依赖libuv与前端环境不完全相同，输出顺序可能会有误差)

6.写在最后

(1)js的异步

我们从最开头就说javascript是一门单线程语言，不管是什么新框架新语法糖实现的所谓异步，其实都是用同步的方法去模拟的，牢牢把握住单线程这点非常重要。

(2)事件循环Event Loop

事件循环是js实现异步的一种方法，也是js的执行机制。

(3)javascript的执行和运行

执行和运行有很大的区别，javascript在不同的环境下，比如node，浏览器，Ringo等等，执行方式是不同的。而运行大多指javascript解析引擎，是统一的。

(4)setImmediate

微任务和宏任务还有很多种类，比如setImmediate等等，执行都是有共同点的，有兴趣的同学可以自行了解。

(5)最后的最后

• javascript是一门单线程语言

• Event Loop是javascript的执行机制

牢牢把握两个基本点，以认真学习javascript为中心，早日实现成为前端高手的伟大梦想！

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