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JS事件循环详解

javascript 是一门单线程的语言,在同一个时间只能做完成一件任务,如果有多个任务,就必须排队,前面一个任务完成,再去执行后面的任务。作为浏览器端的脚本语言,javascript 的主要功能是用来和用户交互以及操作 dom。假设 javascript 不是单线程语言,在一个线程里我们给某个 dom 节点增加内容的时候,另一个线程同时正在删除这个 dom 节点的内容,则会造成混乱。

由于 js 单线程的设计,假设 js 程序的执行都是同步。如果执行一些耗时较长的程序,例如 ajax 请求,在请求开始至请求响应的这段时间内,当前的工作线程一直是空闲状态, ajax 请求后面的 js 代码只能等待请求结束后执行,因此会导致 js 阻塞的问题。

javascript 单线程指的是浏览器中负责解释和执行 javascript 代码的只有一个线程,即为 js 引擎线程,但是浏览器的渲染进程是提供多个线程的,如下:

  1. js 引擎线程
  2. 事件触发线程
  3. 定时器触发线程
  4. 异步 http 请求线程
  5. GUI 渲染线程

一、异步 & 同步

为解决上述类似上述 js 阻塞的问题,js 引入了同步和异步的概念。

1、什么是同步?

“同步”就是后一个任务等待前一个任务结束后再去执行。

2、什么是异步?

“异步”与同步不同,每一个异步任务都有一个或多个回调函数。webapi 会在其相应的时机里将回调函数添加进入消息队列中,不直接执行,然后再去执行后面的任务。直至当前同步任务执行完毕后,再把消息队列中的消息添加进入执行栈进行执行。

异步任务在浏览器中一般是以下:

  1. 网络请求
  2. 计时器
  3. DOM 监听事件
  4. ...

二、什么是执行栈(stack)、堆(heap)、事件队列(task queue)?

1、执行栈

“栈”是一种数据结构,是一种线性表。特点为 LIFO,即先进后出 (last in, first out)。

利用数组的 push 和 shift 可以实现压栈和出栈的操作。

在代码运行的过程中,函数的调用会形成一个由若干帧组成的栈。

function foo(b) {
  let a = 10;
  return a + b + 11;
}

function bar(x) {
  let y = 3;
  return foo(x * y);
}

console.log(bar(7))

上面代码最终会在控制台打印42,下面梳理一下它的执行顺序。

  1. console.log 函数作为第一帧压入栈中。
  2. 调用 bar,第二帧被压入栈中。帧中包含着 bar 的变量对象。
  3. bar 调用 foo,foo 做一位第三帧被压入栈中,帧中包含着 foo 的变量对象。
  4. foo 执行完毕然后返回。被弹出栈。
  5. bar 执行完毕然后返回,被弹出栈。
  6. log 函数接收到 bar 的返回值。执行完毕后,出栈。此时栈已空。

2、堆

对象被分配在堆中,堆是一个用来表示一大块(通常是非结构化的)内存区域的计算机术语。

堆和栈的区别

首先,stack 是有结构的,每个区块按照一定次序存放,可以明确知道每个区块的大小;heap 是没有结构的,数据可以任意存放。因此,

stack 的寻址速度要快于 heap。

其次,每个线程分配一个 stack,每个进程分配一个 heap,也就是说,stack 是线程独占的,heap 是线程共用的。

此外,stack 创建的时候,大小是确定的,数据从超过这个大小,就发生 stack overflow 错误,而 heap 的大小是不确定的,

需要的话可以不断增加。

public void Method1()
{
    int i=4;

    int y=2;

    class1 cls1 = new class1();
}

上面代码这三个变量和一个对象实例在内存中的存放方式如下。

从上图可以看到,i、y和cls1都存放在stack,因为它们占用内存空间都是确定的,而且本身也属于局部变量。但是,cls1指向的对象实例存放在heap,因为它的大小不确定。作为一条规则可以记住,所有的对象都存放在heap。

接下来的问题是,当Method1方法运行结束,会发生什么事?

回答是整个stack被清空,i、y和cls1这三个变量消失,因为它们是局部变量,区块一旦运行结束,就没必要再存在了。而heap之中的那个对象实例继续存在,直到系统的垃圾清理机制(garbage collector)将这块内存回收。因此,一般来说,内存泄漏都发生在heap,即某些内存空间不再被使用了,却因为种种原因,没有被系统回收。

3、事件队列和事件循环

队列是一种数据结构,也是一种特殊的线性表。特点为 FIFO,即先进先出(first in, first out)

利用数组的 push 和 pop 可实现入队和出队的操作。

事件循环和事件队列的维护是由事件触发线程控制的。

事件触发线程线程同样是由浏览器渲染引擎提供的,它会维护一个事件队列。

js 引擎遇到上文所列的异步任务后,会交个相应的线程去维护异步任务,等待某个时机,然后由事件触发线程将异步任务对应的回调函数加入到事件队列中,事件队列中的函数等待被执行。

js 引擎在执行过程中,遇到同步任务,会将任务直接压入执行栈中执行,当执行栈为空(即 js 引擎线程空闲), 事件触发线程 会从事件队列中取出一个任务(即异步任务的回调函数)放入执行在栈中执行。

执行完了之后,执行栈再次为空,事件触发线程会重复上一步的操作,再从事件队列中取出一个消息,这种机制就被称为 事件循环 (Event Loop)机制。

为了更好地理解Event Loop,请看下图(转引自Philip Roberts的演讲《Help, I'm stuck in an event-loop》)。

例子代码:

console.log('script start')

setTimeout(() => {
  console.log('timer 1 over')
}, 1000)

setTimeout(() => {
  console.log('timer 2 over')
}, 0)

console.log('script end')

// script start
// script end
// timer 2 over
// timer 1 over

模拟 js 引擎对其执行过程:

第一轮事件循环:

  1. console.log 为同步任务,入栈,打印“script start”。出栈。
  2. setTimeout 为异步任务,入栈,交给定时器触发线程处理(在1秒后加入将回调加入事件队列)。出栈。
  3. setTimeout 为异步任务,入栈,交给定时器触发线程处理(在4ms之内将回调加入事件队列)。出栈。
  4. console.log 为同步任务,入栈,打印"script end"。出栈。

此时,执行栈为空,js 引擎线程空闲。便从事件队列中读取任务,此时队列如下:

第二轮事件循环

  1. js 引擎线程从事件队列中读取 cb2 加入执行栈并执行,打印”time 2 over“。出栈。

第三轮事件循环

  1. js 引擎从事件队列中读取 cb1 加入执行栈中并执行,打印”time 1 over“ 。出栈。

注意点:

上面,timer 2 的延时为 0ms,HTML5标准规定 setTimeout 第二个参数不得小于4(不同浏览器最小值会不一样),不足会自动增加,所以 "timer 2 over" 还是会在 "script end" 之后。

就算延时为0ms,只是 time 2 的回调函数会立即加入事件队列而已,回调的执行还是得等到执行栈为空时执行。

四、宏任务 & 微任务

在 ES6 新增 Promise 处理异步后,js 执行引擎的处理过程又发生了新的变化。

看代码:

console.log('script start')

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

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

console.log('script end')

// script start
// script end
// promise1
// promise2
// timer over

这里又新增了两个新的概念, macrotask (宏任务)和 microtask (微任务)。

所有的任务都划分到宏任务和微任务下:

  • macrotask : script 主代码块、setTimeout、setInterval、requestAnimationFrame、node 中的setimmediate 等。
  • microtask : Promise.then catch finally、MutationObserver、node 中的process.nextTick 等。

js 引擎首先执行主代码块。

执行栈每次执行的代码就是一个宏任务,包括任务队列(宏任务队列)中的。执行栈中的任务执行完毕后,js 引擎会从宏任务队列中去添加任务到执行栈中,即同样是事件循环的机制。

当在执行宏任务遇到微任务 Promise.then 时,会创建一个微任务,并加入到微任务队列中的队尾。

微任务是在宏任务执行的时候创建的,而在下一个宏任务执行之前,浏览器会对页面重新渲染(task >> render >> task(任务队列中读取))。 同时,在上一个宏任务执行完成后,页面渲染之前,会执行当前微任务队列中的所有微任务。

所以上述代码的执行过程就可以解释了。

js 引擎执行 promise.then 时,promise1、promise2 被认为是两个微任务按照代码的先后顺序被加入到微任务队列中,script end执行后,空。

此时当前宏任务(script 主代码块)执行完毕,并不从当前宏任务队列中读取任务。而是立马清空当前宏任务所产生的微任务队列。将两个微任务依次放入执行栈中执行。执行完毕,打印 promise1、promise2。栈空。 此时,第一轮事件循环结束。

紧接着,再去读取宏任务队列中的任务,time over 被打印。栈空。

因此,宏任务和微任务的执行机制如下:

  1. 执行一个宏任务(栈中没有就从宏任务队列中获取)
  2. 执行过程中遇到微任务,就将它添加到微任务的任务队列中
  3. 宏任务执行完毕,立即执行当前微任务队列中的所有微任务(依次执行)
  4. 当前所有微任务执行完毕后,开始检查渲染,GUI 线程接管渲染
  5. 渲染完毕后,JS 引擎继续开始下一个宏任务,从宏任务队列中获取

async & await

因为,async 和 await 本质上还是基于 Promise 的封装,而 Promise 是属于微任务的一种。所以使用 await 关键字与 Promise.then 效果类似:

setTimeout(_ => console.log(4))

async function main() {
  console.log(1)
  await Promise.resolve()
  console.log(3)
}

main()

console.log(2)
// 1
// 2
// 3
// 4

async 函数在 await 之前的代码都是同步执行的, 可以理解为 await 之前的代码都属于 new Promise 时传入的代码,await 之后的所有代码都是 Promise.then 中的回调,即在微任务队列中。

五、总结

  1. js 单线程实际上解释执行 js 代码的只有一个线程,但是浏览器的渲染是多线程的。
  2. 异步和同步的概念与区别,异步任务有哪些。
  3. 栈、堆、队列的特点和使用场景。
  4. 事件队列以及事件循环机制。
  5. es6 下,宏任务与微任务的执行过程。

参考:

  • JavaScript 异步与事件循环
  • 并发模型与事件循环
  • 微任务、宏任务与Event-Loop
  • JavaScript 运行机制详解:再谈Event Loop
  • JS事件循环
  • [译] 深入理解 JavaScript 事件循环(二)— task and microtask
  • Help, I'm stuck in an event-loop

原文作者:大芒果哇

原文地址:https://www.cnblogs.com/shenggao/p/13799566.html

览器运行过程中会同时面对多种任务,用户交互事件(鼠标、键盘)、网络请求、页面渲染等。而这些任务不能是无序的,必须有个先来后到,浏览器内部需要一套预定的逻辑来有序处理这些任务,因此浏览器事件循环诞生了,再次强调,是浏览器事件循环,不是javascript事件循环,js只是浏览器事件循环的参与者。

二、事件循环是什么

浏览器把任务区分成了 宏任务 和 微任务 或者叫 外部任务 和 内部任务 ,内部任务可以理解为js内部处理的任务,外部任务可以认为是浏览器处理的任务。

外部队列/宏任务队列(Task Queue)

也可以叫宏任务队列,浏览器中的外部事件源包含以下几种:

  • dom操作(页面渲染)
  • 用户交互(鼠标、键盘)
  • 网络请求(Ajax等)
  • History API操作(history.back、history.go...)
  • 定时器(setTimeout)

这些外部事件源可能很多,为了方便浏览器厂商优化,HTML标准中明确指出一个事件循环有一个或多个外部队列,而每一个外部事件源都有一个对应的外部队列。不同的时间源之间可以有不同的优先级(例如在网络时间和用户交互之间,浏览器可以优先处理鼠标行为,从而让用户感觉更加流畅)。

内部队列/微任务队列(Microtask Queue)

也可以叫微任务队列,指的就是javascript语言内部的事件队列,在HTML标准中,并没有明确规定这个队列的事件源,通常认为有以下几种:

  • Promise的成功(.then)与失败(.catch)
  • MutationObserver
  • Object.observe(已废弃)

以上三种除了第一个,其他两个可以认为没有,实际上我们js中能够使用的就只有promise。

事件循环模型

先来一张事件循环处理模型的截图:

可以看出,每一个事件循环,从外部任务队列中拿出一个来执行,执行完一个外部任务后立即执行内部任务队列中所有内部任务(清空),然后浏览器执行一次渲染,然后再次循环。

一段经典代码

了解了两种队列和事件循环的执行模型,下面来一段经典代码:

// 以下代码会得到什么样的输出结果?
console.log('1');
setTimeout(function() { 
  console.log('2'); 
  Promise.resolve().then(function() {
		console.log('3'); 
  });
}, 0);
Promise.resolve().then(function() { 
  console.log('4');
}).then(function() { 
  console.log('5');
});
console.log('6');

答案是:164523

执行顺序如下:

  • 由于执行当前js代码这个任务是一个宏任务,因此首先输出的是"1",
  • 继续执行遇到setTimeou,由于setTimeout是一个外部事件源,它内部的代码会被push到TaskQueue中等待下一次事件循环再执行,
  • 当执行到promise的 then 或 catchd的时候会将他们按顺序追加到本轮事件循环的末尾,
  • 再继续往下执行输出6,宏任务完成后清空微任务队列中的任务,继而输出4、5
  • 如果有的话,执行渲染任务后,本次事件循环结束
  • 开始执行下一个宏任务,也就是第一个setTimeout中的代码块,输出2,然后将promise.then添加到本轮循环末尾
  • 清空微任务,输出3

三、浏览器与Node.js的事件循环差异

区别对比

对于两者的区别,来张瞟来的截图:

这个例子的代码如下:

setTimeout(()=>{ 
  console.log('1'); 
  Promise.resolve().then(function() {
		console.log('2'); 
	});
});
setTimeout(()=>{ 
  console.log('3'); 
  Promise.resolve().then(function() {
		console.log('4'); 
  });
});

这段代码在浏览器和nodejs中的输出结果分别是什么呢?

通过前面对浏览事件循环的了解,你应该很容易得出在浏览器中的输出结果是: 1234

那在nodejs中的输出结果是什么呢?结果是在nodejs的 v11.x 之前输出1324。这之间的原因是浏览器有非常多的用户交互事件,为了用户体验更加流畅,必须均匀的处理宏任务和微任务,而在nodejs中由于并没有用户交互事件,为了保证异步事件能够被均等的执行,因此设计的初衷就是先清空宏任务队列再清空微任务队列。

不过你应该注意到,我上面只说了在 nodejs的 v11.x 之前输出1324,但是nodejs这个特性在社区经历了一波开发者的吐槽之后,node官方在 v11 这个版本紧急修复了这个问题。所以在 v11.x 以上版本执行以上代码会得到在浏览器中一样的结果。

setImmediate

先来张瞟来的截图:

我们再来一个例子:

setTimeout(()=>{
	console.log('1');
	Promise.resolve().then(() => console.log('2'));
});
setTimeout(()=>{
  console.log('3');
  Promise.resolve().then(() => console.log('4'));
});
setImmediate(() => {
	console.log('5'); 
  Promise.resolve().then(() => console.log('6'));
});
setImmediate(() => {
	console.log('7'); 
  Promise.resolve().then(() => console.log('8'));
});

以上代码在nodejsV13.x中的执行结果是12345678,接下来我们把顺序调换一下,在第二个位置插入setImmediate

setTimeout(()=>{
	console.log('1');
	Promise.resolve().then(() => console.log('2'));
});
setImmediate(() => {
	console.log('3'); 
  Promise.resolve().then(() => console.log('4'));
});
setTimeout(()=>{
  console.log('5');
  Promise.resolve().then(() => console.log('6'));
});
setImmediate(() => {
	console.log('7'); 
  Promise.resolve().then(() => console.log('8'));
});

执行结果有一定的概率是12347856,也有一定的概率是 12563478

为啥不同的顺序会得到不同的结果呢?这是由于setTImeout的精度问题导致的,到了这个级别的时间精度,代码执行的时间可能都会导致结果的不同。下面这张截图是nodejs官方文档对于事件循环顺序的展示:

其中timers阶段是用于执行setTimeout事件的,check阶段是用于执行setImmediate事件的。Nodejs官方这个所谓事件循环过程,其实只是完整的事件循环中Node.js的多个外部队列相互之间的优先级。setTimeout是由event loop检测系统时间是否到点然后向时间队列插入一个事件,然后调用事件的回调方法。而setImmediate是监控UI线程的调用栈,一旦调用栈为空则将回调压栈。

讲了这么多,其实对于上面setTimeout和setImmediate的对比结果还是有点模糊

推测:对于setImmediate的延时有时比setTimeout的要长,由于setImmediate要先监控调用栈,若调用栈为空才压栈,那么在压栈之前event loop已经将setTimeout事件的回调函数压栈了。

好了,以上是这次分享的所有内容,对于后面setTimeout和setImmedate的对比没有的出一个明确的结果,有兴趣的可以一起讨论。

编写程序时,我们经常需要重复执行某些操作,这时候循环结构就显得非常有用。JavaScript 提供了多种循环结构,以适应不同的编程场景。以下是 JavaScript 中常见的循环结构:

for 循环

for 循环是最常见的循环结构之一,它允许我们指定循环开始前的初始化代码、循环继续的条件以及每次循环结束时要执行的代码。

基本语法

for (初始化表达式; 循环条件; 循环后的操作表达式) {
    // 循环体代码
}

示例:输出 1 到 10 的数字

for (var i = 1; i <= 10; i++) {
    console.log(i);
}

while 循环

while 循环在给定条件为真时将不断循环执行代码块。与 for 循环不同,while 循环只有循环条件,没有初始化和迭代表达式。

基本语法

while (条件) {
    // 循环体代码
}

示例:使用 while 循环输出 1 到 10 的数字

var i = 1;
while (i <= 10) {
    console.log(i);
    i++;
}

do...while 循环

do...while 循环和 while 循环类似,但它至少会执行一次循环体,无论条件是否为真。

基本语法

do {
    // 循环体代码
} while (条件);

示例:使用 do...while 循环输出 1 到 10 的数字

var i = 1;
do {
    console.log(i);
    i++;
} while (i <= 10);

for...in 循环

for...in 循环用于遍历对象的属性。

基本语法

for (var key in 对象) {
    // 使用 key 访问对象属性
}

示例:遍历对象的属性

var person = {
    name: "张三",
    age: 30,
    job: "软件工程师"
};

for (var key in person) {
    console.log(key + ": " + person[key]);
}

for...of 循环

for...of 循环用于遍历可迭代对象(如数组、字符串等)的元素。

基本语法

for (var item of 可迭代对象) {
    // 使用 item 访问元素
}

示例:遍历数组的元素

var fruits = ["苹果", "香蕉", "橘子"];
for (var fruit of fruits) {
    console.log(fruit);
}

总结

JavaScript 的循环结构为我们提供了强大的工具来处理重复任务。for 循环适合于当我们知道循环次数时使用;while 和 do...while 循环适合于循环次数未知,但是循环条件明确的情况;for...in 和 for...of 循环则让对象和数组的遍历变得更加简洁。掌握这些循环结构有助于我们编写更加高效和可读性更强的代码。