你確定你了解 JavaScript 的事件循環機制嗎

SioValenti 7年前發布 | 19K 次閱讀 JavaScript開發 JavaScript

Event Loop

JavaScript的學習零散而龐雜，因此很多時候我們學到了一些東西，但是卻沒辦法感受到自己的進步，甚至過了不久，就把學到的東西給忘了。為了解決自己的這個困擾，在學習的過程中，我一直試圖在尋找一條核心的線索，只要我根據這條線索，我就能夠一點一點的進步。

前端基礎進階正是圍繞這條線索慢慢展開，而事件循環機制(Event Loop)，則是這條線索的最關鍵的知識點。所以，我就馬不停蹄的去深入的學習了事件循環機制，并總結出了這篇文章跟大家分享。

事件循環機制從整體上的告訴了我們所寫的JavaScript代碼的執行順序。但是在我學習的過程中，找到的許多國內博客文章對于它的講解淺嘗輒止，不得其法，很多文章在圖中畫個圈就表示循環了，看了之后也沒感覺明白了多少。但是他又如此重要，以致于當我們想要面試中高級崗位時，事件循環機制總是繞不開的話題。特別是ES6中正式加入了Promise對象之后，對于新標準中事件循環機制的理解就變得更加重要。這就很尷尬了。

最近有兩篇比較火的文章也表達了這個問題的重要性。

但是很遺憾的是，大神們告訴了大家這個知識點很重要，卻并沒有告訴大家為什么會這樣。所以當我們在面試時遇到這樣的問題時，就算你知道了結果，面試官再進一步問一下，我們依然懵逼。

在學習事件循環機制之前，我默認你已經懂得了如下概念，如果仍然有疑問，可以回過頭去看看我以前的文章。

執行上下文(Execution context)
函數調用棧(call stack)
隊列數據結構(queue)
Promise(我會在下一篇文章專門總結Promise的詳細使用與自定義封裝)

因為chrome瀏覽器中新標準中的事件循環機制與nodejs幾乎一樣，因此此處就以整合nodejs一起來理解，其中會介紹到幾個nodejs有，但是瀏覽器中沒有的API，大家只需要了解就好，不一定非要知道她是如何使用。比如process.nextTick，setImmediate

OK，那我就先拋出結論，然后以例子與圖示詳細給大家演示事件循環機制。

我們知道JavaScript的一大特點就是單線程，而這個線程中擁有唯一的一個事件循環。

當然新標準中的web worker涉及到了多線程，我對它了解也不多，這里就不討論了。
JavaScript代碼的執行過程中，除了依靠函數調用棧來搞定函數的執行順序外，還依靠任務隊列(task queue)來搞定另外一些代碼的執行。

隊列數據結構

一個線程中，事件循環是唯一的，但是任務隊列可以擁有多個。
任務隊列又分為macro-task（宏任務）與micro-task（微任務），在最新標準中，它們被分別稱為task與jobs。
macro-task大概包括：script(整體代碼), setTimeout, setInterval, setImmediate, I/O, UI rendering。
micro-task大概包括: process.nextTick, Promise, Object.observe(已廢棄), MutationObserver(html5新特性)

setTimeout/Promise等我們稱之為任務源。而進入任務隊列的是他們指定的具體執行任務。

// setTimeout中的回調函數才是進入任務隊列的任務
setTimeout(function() {
  console.log('xxxx');
})

來自不同任務源的任務會進入到不同的任務隊列。其中setTimeout與setInterval是同源的。
事件循環的順序，決定了JavaScript代碼的執行順序。它從script(整體代碼)開始第一次循環。之后全局上下文進入函數調用棧。直到調用棧清空(只剩全局)，然后執行所有的micro-task。當所有可執行的micro-task執行完畢之后。循環再次從macro-task開始，找到其中一個任務隊列執行完畢，然后再執行所有的micro-task，這樣一直循環下去。
其中每一個任務的執行，無論是macro-task還是micro-task，都是借助函數調用棧來完成。

純文字表述確實有點干澀，因此，這里我們通過2個例子，來逐步理解事件循環的具體順序。

// demo01  出自于上面我引用文章的一個例子，我們來根據上面的結論，一步一步分析具體的執行過程。
// 為了方便理解，我以打印出來的字符作為當前的任務名稱
setTimeout(function() {
    console.log('timeout1');
})

new Promise(function(resolve) {
    console.log('promise1');
    for(var i = 0; i < 1000; i++) {
        i == 99 && resolve();
    }
    console.log('promise2');
}).then(function() {
    console.log('then1');
})

console.log('global1');

首先，事件循環從宏任務隊列開始，這個時候，宏任務隊列中，只有一個script(整體代碼)任務。每一個任務的執行順序，都依靠函數調用棧來搞定，而當遇到任務源時，則會先分發任務到對應的隊列中去，所以，上面例子的第一步執行如下圖所示。

首先script任務開始執行，全局上下文入棧

第二步：script任務執行時首先遇到了setTimeout，setTimeout為一個宏任務源，那么他的作用就是將任務分發到它對應的隊列中。

setTimeout(function() {
    console.log('timeout1');
})

宏任務timeout1進入setTimeout隊列

第三步：script執行時遇到Promise實例。Promise構造函數中的第一個參數，是在new的時候執行，因此不會進入任何其他的隊列，而是直接在當前任務直接執行了，而后續的.then則會被分發到micro-task的Promise隊列中去。

因此，構造函數執行時，里面的參數進入函數調用棧執行。for循環不會進入任何隊列，因此代碼會依次執行，所以這里的promise1和promise2會依次輸出。

promise1入棧執行，這時promise1被最先輸出

resolve在for循環中入棧執行

構造函數執行完畢的過程中，resolve執行完畢出棧，promise2輸出，promise1頁出棧，then執行時，Promise任務then1進入對應隊列

script任務繼續往下執行，最后只有一句輸出了globa1，然后，全局任務就執行完畢了。

第四步：第一個宏任務script執行完畢之后，就開始執行所有的可執行的微任務。這個時候，微任務中，只有Promise隊列中的一個任務then1，因此直接執行就行了，執行結果輸出then1，當然，他的執行，也是進入函數調用棧中執行的。

執行所有的微任務

第五步：當所有的micro-tast執行完畢之后，表示第一輪的循環就結束了。這個時候就得開始第二輪的循環。第二輪循環仍然從宏任務macro-task開始。

微任務被清空

這個時候，我們發現宏任務中，只有在setTimeout隊列中還要一個timeout1的任務等待執行。因此就直接執行即可。

timeout1入棧執行

這個時候宏任務隊列與微任務隊列中都沒有任務了，所以代碼就不會再輸出其他東西了。

那么上面這個例子的輸出結果就顯而易見。大家可以自行嘗試體會。

這個例子比較簡答，涉及到的隊列任務并不多，因此讀懂了它還不能全面的了解到事件循環機制的全貌。所以我下面弄了一個復制一點的例子，再給大家解析一番，相信讀懂之后，事件循環這個問題，再面試中再次被問到就難不倒大家了。

// demo02
console.log('golb1');

setTimeout(function() {
    console.log('timeout1');
    process.nextTick(function() {
        console.log('timeout1_nextTick');
    })
    new Promise(function(resolve) {
        console.log('timeout1_promise');
        resolve();
    }).then(function() {
        console.log('timeout1_then')
    })
})

setImmediate(function() {
    console.log('immediate1');
    process.nextTick(function() {
        console.log('immediate1_nextTick');
    })
    new Promise(function(resolve) {
        console.log('immediate1_promise');
        resolve();
    }).then(function() {
        console.log('immediate1_then')
    })
})

process.nextTick(function() {
    console.log('glob1_nextTick');
})
new Promise(function(resolve) {
    console.log('glob1_promise');
    resolve();
}).then(function() {
    console.log('glob1_then')
})

setTimeout(function() {
    console.log('timeout2');
    process.nextTick(function() {
        console.log('timeout2_nextTick');
    })
    new Promise(function(resolve) {
        console.log('timeout2_promise');
        resolve();
    }).then(function() {
        console.log('timeout2_then')
    })
})

process.nextTick(function() {
    console.log('glob2_nextTick');
})
new Promise(function(resolve) {
    console.log('glob2_promise');
    resolve();
}).then(function() {
    console.log('glob2_then')
})

setImmediate(function() {
    console.log('immediate2');
    process.nextTick(function() {
        console.log('immediate2_nextTick');
    })
    new Promise(function(resolve) {
        console.log('immediate2_promise');
        resolve();
    }).then(function() {
        console.log('immediate2_then')
    })
})

這個例子看上去有點復雜，亂七八糟的代碼一大堆，不過不用擔心，我們一步一步來分析一下。

第一步：宏任務script首先執行。全局入棧。glob1輸出。

script首先執行

第二步，執行過程遇到setTimeout。setTimeout作為任務分發器，將任務分發到對應的宏任務隊列中。

setTimeout(function() {
    console.log('timeout1');
    process.nextTick(function() {
        console.log('timeout1_nextTick');
    })
    new Promise(function(resolve) {
        console.log('timeout1_promise');
        resolve();
    }).then(function() {
        console.log('timeout1_then')
    })
})

timeout1進入對應隊列

第三步：執行過程遇到setImmediate。setImmediate也是一個宏任務分發器，將任務分發到對應的任務隊列中。setImmediate的任務隊列會在setTimeout隊列的后面執行。

setImmediate(function() {
    console.log('immediate1');
    process.nextTick(function() {
        console.log('immediate1_nextTick');
    })
    new Promise(function(resolve) {
        console.log('immediate1_promise');
        resolve();
    }).then(function() {
        console.log('immediate1_then')
    })
})

進入setImmediate隊列

第四步：執行遇到nextTick，process.nextTick是一個微任務分發器，它會將任務分發到對應的微任務隊列中去。

process.nextTick(function() {
    console.log('glob1_nextTick');
})

nextTick

第五步：執行遇到Promise。Promise的then方法會將任務分發到對應的微任務隊列中，但是它構造函數中的方法會直接執行。因此，glob1_promise會第二個輸出。

new Promise(function(resolve) {
    console.log('glob1_promise');
    resolve();
}).then(function() {
    console.log('glob1_then')
})

先是函數調用棧的變化

然后glob1_then任務進入隊列

第六步：執行遇到第二個setTimeout。

setTimeout(function() {
    console.log('timeout2');
    process.nextTick(function() {
        console.log('timeout2_nextTick');
    })
    new Promise(function(resolve) {
        console.log('timeout2_promise');
        resolve();
    }).then(function() {
        console.log('timeout2_then')
    })
})

timeout2進入對應隊列

第七步：先后遇到nextTick與Promise

process.nextTick(function() {
    console.log('glob2_nextTick');
})
new Promise(function(resolve) {
    console.log('glob2_promise');
    resolve();
}).then(function() {
    console.log('glob2_then')
})

glob2_nextTick與Promise任務分別進入各自的隊列

第八步：再次遇到setImmediate。

setImmediate(function() {
    console.log('immediate2');
    process.nextTick(function() {
        console.log('immediate2_nextTick');
    })
    new Promise(function(resolve) {
        console.log('immediate2_promise');
        resolve();
    }).then(function() {
        console.log('immediate2_then')
    })
})

nextTick

這個時候，script中的代碼就執行完畢了，執行過程中，遇到不同的任務分發器，就將任務分發到各自對應的隊列中去。接下來，將會執行所有的微任務隊列中的任務。

其中，nextTick隊列會比Promie先執行。nextTick中的可執行任務執行完畢之后，才會開始執行Promise隊列中的任務。

當所有可執行的微任務執行完畢之后，這一輪循環就表示結束了。下一輪循環繼續從宏任務隊列開始執行。

這個時候，script已經執行完畢，所以就從setTimeout隊列開始執行。

第二輪循環初始狀態

setTimeout任務的執行，也依然是借助函數調用棧來完成，并且遇到任務分發器的時候也會將任務分發到對應的隊列中去。

只有當setTimeout中所有的任務執行完畢之后，才會再次開始執行微任務隊列。并且清空所有的可執行微任務。

setTiemout隊列產生的微任務執行完畢之后，循環則回過頭來開始執行setImmediate隊列。仍然是先將setImmediate隊列中的任務執行完畢，再執行所產生的微任務。

當setImmediate隊列執行產生的微任務全部執行之后，第二輪循環也就結束了。

大家需要注意這里的循環結束的時間節點。

當我們在執行setTimeout任務中遇到setTimeout時，它仍然會將對應的任務分發到setTimeout隊列中去，但是該任務就得等到下一輪事件循環執行了。例子中沒有涉及到這么復雜的嵌套，大家可以動手添加或者修改他們的位置來感受一下循環的變化。

OK，到這里，事件循環我想我已經表述得很清楚了，能不能理解就看讀者老爺們有沒有耐心了。我估計很多人會理解不了循環結束的節點。

當然，這些順序都是v8的一些實現。我們也可以根據上面的規則，來嘗試實現一下事件循環的機制。

// 用數組模擬一個隊列
var tasks = [];

// 模擬一個事件分發器
var addFn1 = function(task) {
    tasks.push(task);
}

// 執行所有的任務
var flush = function() {
    tasks.map(function(task) {
        task();
    })
}

// 最后利用setTimeout/或者其他你認為合適的方式丟入事件循環中
setTimeout(function() {
    flush();
})

// 當然，也可以不用丟進事件循環，而是我們自己手動在適當的時機去執行對應的某一個方法

var dispatch = function(name) {
    tasks.map(function(item) {
        if(item.name == name) {
            item.handler();
        }
    })
}

// 當然，我們把任務丟進去的時候，多保存一個name即可。
// 這時候，task的格式就如下
demoTask =  {
    name: 'demo',
    handler: function() {}
}

// 于是，一個訂閱-通知的設計模式就這樣輕松的被實現了

這樣，我們就模擬了一個任務隊列。我們還可以定義另外一個隊列，利用上面的各種方式來規定他們的優先級。

因此，在老的瀏覽器沒有支持Promise的時候，就可以利用setTimeout等方法，來模擬實現Promise，具體如何做到的，下一篇文章我們慢慢分析。

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