JS事件循环机制（event loop）之宏任务/微任务

2020-04-30

原文地址：Tasks, microtasks, queues and schedules
同类文章这一次，彻底弄懂 JavaScript 执行机制

鉴于上篇文章有提到过微任务与宏任务，所以，在此做个细致补充：话不多说，直接进入正文：

[1] 本文主要根据网上资源总结而来，如有不对，请斧正。

[2] 需要知道的专业名词术语：synchronous：同步任务、asynchronous：异步任务、task queue/callback queue：任务队列、execution context stack：执行栈、heap：堆、stack：栈、macro-task：宏任务、micro-task：微任务

首先我们要知道两点：

JavaScript是单线程的语言
Event Loop是javascript的执行机制

javascript事件循环

js是单线程，就像学生排队上厕所，学生需要排队一个一个上厕所，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

执行图片
从图片可知，一个方法执行会向执行栈中加入这个方法的执行环境，在这个执行环境中还可以调用其他方法，甚至是自己，其结果不过是在执行栈中再添加一个执行环境。这个过程可以是无限进行下去的，除非发生了栈溢出，即超过了所能使用内存的最大值。

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

先看一段代码：

console.log('script start');

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

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

console.log('script end');

打印顺序是什么？正确答案是：script start, script end, promise1, promise2, setTimeout 已蒙圈。。。

为什么会出现这样打印顺序呢？

如下导图（此图从网站下载）

解读：

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呢？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。

看代码：

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。

微任务(Microtasks)、宏任务(task)？

微任务和宏任务皆为异步任务，它们都属于一个队列，主要区别在于他们的执行顺序，Event Loop的走向和取值。那么他们之间到底有什么区别呢？

执行顺序

一个掘金的老哥（ssssyoki）的文章摘要：
那么如此看来我给的答案还是对的。但是js异步有一个机制，就是遇到宏任务，先执行宏任务，将宏任务放入eventqueue，然后在执行微任务，将微任务放入eventqueue最骚的是，这两个queue不是一个queue。当你往外拿的时候先从微任务里拿这个回掉函数，然后再从宏任务的queue上拿宏任务的回掉函数。我当时看到这我就服了还有这种骚操作。

而宏任务一般是：包括整体代码script，setTimeout，setInterval、setImmediate。
微任务：原生Promise(有些实现的promise将then方法放到了宏任务中)、process.nextTick、Object.observe(已废弃)、 MutationObserver
记住就行了。
process是什么？

不废话，看以下例子：

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：

1
2
3

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？

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：

1 2	// 执行console // task()

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：

ask()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);

//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：

1
2

先执行这里
执行啦

代码2的输出结果是：

1
2
3

//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。

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。

Promise与process.nextTick(callback)

Promise的定义和功能本文不再赘述，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。

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。

看例子：

setTimeout(()=>{
  console.log('setTimeout1')
},0)
let p = new Promise((resolve,reject)=>{
  console.log('Promise1')
  resolve()
})
p.then(()=>{
  console.log('Promise2')    
})

最后输出结果是Promise1，Promise2，setTimeout1

Promise参数中的Promise1是同步执行的其次是因为Promise是microtasks，会在同步任务执行完后会去清空microtasks queues，最后清空完微任务再去宏任务队列取值。

Promise.resolve().then(()=>{
  console.log('Promise1')  
  setTimeout(()=>{
    console.log('setTimeout2')
  },0)
})

setTimeout(()=>{
  console.log('setTimeout1')
  Promise.resolve().then(()=>{
    console.log('Promise2')    
  })
},0)

这回是嵌套，大家可以看看，最后输出结果是Promise1，setTimeout1，Promise2，setTimeout2

一开始执行栈的同步任务执行完毕，会去 microtasks queues 找清空 microtasks queues ，输出Promise1，同时会生成一个异步任务 setTimeout1
去宏任务队列查看此时队列是 setTimeout1 在 setTimeout2 之前，因为setTimeout1执行栈一开始的时候就开始异步执行,所以输出 setTimeout1
在执行setTimeout1时会生成Promise2的一个 microtasks ，放入 microtasks queues 中，接着又是一个循环，去清空 microtasks queues ，输出 Promise2
清空完 microtasks queues ，就又会去宏任务队列取一个，这回取的是 setTimeout2

如下图：

执行图

最后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。

宏任务Event Queue	微任务Event Queue
setTimeout1	process1
setTimeout2	then1

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

宏任务Event Queue	微任务Event Queue
setTimeout2	process3
	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)

作者：张倩qianniuer
链接：https://juejin.im/post/5b498d245188251b193d4059
来源：掘金