從JS事件循環(huán)(Event Loop)機制到vue.nextTick的實現(xiàn)

前言

眾所周知，為了與瀏覽器進行交互，Javascript是一門非阻塞單線程腳本語言。

  1. 為何單線程？ 因為如果在DOM操作中，有兩個線程一個添加節(jié)點，一個刪除節(jié)點，瀏覽器并不知道以哪個為準，所以只能選擇一個主線程來執(zhí)行代碼，以防止沖突。雖然如今添加了webworker等新技術(shù)，但其依然只是主線程的子線程，并不能執(zhí)行諸如I/O類的操作。長期來看，JS將一直是單線程。

  2. 為何非阻塞？因為單線程意味著任務(wù)需要排隊，任務(wù)按順序執(zhí)行，如果一個任務(wù)很耗時，下一個任務(wù)不得不等待。所以為了避免這種阻塞，我們需要一種非阻塞機制。這種非阻塞機制是一種異步機制，即需要等待的任務(wù)不會阻塞主執(zhí)行棧中同步任務(wù)的執(zhí)行。這種機制是如下運行的：

    • 所有同步任務(wù)都在主線程上執(zhí)行，形成一個執(zhí)行棧（execution context stack）
    • 等待任務(wù)的回調(diào)結(jié)果進入一種任務(wù)隊列(task queue)。
    • 當(dāng)主執(zhí)行棧中的同步任務(wù)執(zhí)行完畢后才會讀取任務(wù)隊列，任務(wù)隊列中的異步任務(wù)（即之前等待任務(wù)的回調(diào)結(jié)果）會塞入主執(zhí)行棧，
    • 異步任務(wù)執(zhí)行完畢后會再次進入下一個循環(huán)。此即為今天文章的主角事件循環(huán)(Event Loop)

    用一張圖展示這個過程：


    Markdown

正文

1.macro task與micro task

在實際情況中，上述的任務(wù)隊列(task queue)中的異步任務(wù)分為兩種：微任務(wù)（micro task)和宏任務(wù)（macro task)。

  • micro task事件：Promises(瀏覽器實現(xiàn)的原生Promise)、MutationObserver、process.nextTick
    <br />
  • macro task事件：setTimeout、setInterval、setImmediate、I/O、UI rendering
    這里注意：script(整體代碼)即一開始在主執(zhí)行棧中的同步代碼本質(zhì)上也屬于macrotask，屬于第一個執(zhí)行的task

microtask和macotask執(zhí)行規(guī)則：

  • macrotask按順序執(zhí)行，瀏覽器的ui繪制會插在每個macrotask之間
  • microtask按順序執(zhí)行，會在如下情況下執(zhí)行：
    • 每個callback之后，只要沒有其他的JS在主執(zhí)行棧中
    • 每個macrotask結(jié)束時

下面來個簡單例子：

console.log(1);

setTimeout(function() {
  console.log(2);
}, 0);

new Promise(function(resolve,reject){
    console.log(3)
    resolve()
}).then(function() {
  console.log(4);
}).then(function() {
  console.log(5);
});

console.log(6);

一步一步分析如下：

  • 1.同步代碼作為第一個macrotask,按順序輸出：1 3 6
  • 2.microtask按順序執(zhí)行：4 5
  • 3.microtask清空后執(zhí)行下一個macrotask：2

再來一個復(fù)雜的例子：

// Let's get hold of those elements
var outer = document.querySelector('.outer');
var inner = document.querySelector('.inner');

// Let's listen for attribute changes on the
// outer element
new MutationObserver(function() {
  console.log('mutate');
}).observe(outer, {
  attributes: true
});

// Here's a click listener…
function onClick() {
  console.log('click');

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

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

  outer.setAttribute('data-random', Math.random());
}

// …which we'll attach to both elements
inner.addEventListener('click', onClick);
outer.addEventListener('click', onClick);

假設(shè)我們創(chuàng)建一個有里外兩部分的正方形盒子，里外都綁定了點擊事件，此時點擊內(nèi)部，代碼會如何執(zhí)行？一步一步分析如下：

  • 1.觸發(fā)內(nèi)部click事件，同步輸出：click
  • 2.將setTimeout回調(diào)結(jié)果放入macrotask隊列
  • 3.將promise回調(diào)結(jié)果放入microtask
  • 4.將Mutation observers放入microtask隊列，主執(zhí)行棧中onclick事件結(jié)束，主執(zhí)行棧清空
  • 5.依序執(zhí)行microtask隊列中任務(wù)，輸出：promise mutate
  • 6.注意此時事件冒泡，外部元素再次觸發(fā)onclick回調(diào)，所以按照前5步再次輸出：click promise mutate（我們可以注意到事件冒泡甚至?xí)趍icrotask中的任務(wù)執(zhí)行之后，microtask優(yōu)先級非常高）
  • 7.macrotask中第一個任務(wù)執(zhí)行完畢，依次執(zhí)行macrotask中剩下的任務(wù)輸出：timeout timeout

2.vue.nextTick實現(xiàn)

在 Vue.js 里是數(shù)據(jù)驅(qū)動視圖變化，由于 JS 執(zhí)行是單線程的，在一個 tick 的過程中，它可能會多次修改數(shù)據(jù)，但 Vue.js 并不會傻到每修改一次數(shù)據(jù)就去驅(qū)動一次視圖變化，它會把這些數(shù)據(jù)的修改全部 push 到一個隊列里，然后內(nèi)部調(diào)用 一次 nextTick 去更新視圖，所以數(shù)據(jù)到 DOM 視圖的變化是需要在下一個 tick 才能完成。這便是我們?yōu)槭裁葱枰?code>vue.nextTick.

這樣一個功能和事件循環(huán)非常相似，在每個 task 運行完以后，UI 都會重渲染，那么很容易想到在 microtask 中就完成數(shù)據(jù)更新，當(dāng)前 task 結(jié)束就可以得到最新的 UI 了。反之如果新建一個 task 來做數(shù)據(jù)更新，那么渲染就會進行兩次。

所以在vue 2.4之前使用microtask實現(xiàn)nextTick，直接上源碼

var counter = 1
var observer = new MutationObserver(nextTickHandler)
var textNode = document.createTextNode(String(counter))
observer.observe(textNode, {
    characterData: true
})
timerFunc = () => {
    counter = (counter + 1) % 2
    textNode.data = String(counter)
}

可以看到使用了MutationObserver

然而到了vue 2.4之后卻混合?使用microtask macrotask來實現(xiàn)，源碼如下

/* @flow */
/* globals MessageChannel */

import { noop } from 'shared/util'
import { handleError } from './error'
import { isIOS, isNative } from './env'

const callbacks = []
let pending = false

function flushCallbacks () {
  pending = false
  const copies = callbacks.slice(0)
  callbacks.length = 0
  for (let i = 0; i < copies.length; i++) {
    copies[i]()
  }
}

// Here we have async deferring wrappers using both micro and macro tasks.
// In < 2.4 we used micro tasks everywhere, but there are some scenarios where
// micro tasks have too high a priority and fires in between supposedly
// sequential events (e.g. #4521, #6690) or even between bubbling of the same
// event (#6566). However, using macro tasks everywhere also has subtle problems
// when state is changed right before repaint (e.g. #6813, out-in transitions).
// Here we use micro task by default, but expose a way to force macro task when
// needed (e.g. in event handlers attached by v-on).
let microTimerFunc
let macroTimerFunc
let useMacroTask = false

// Determine (macro) Task defer implementation.
// Technically setImmediate should be the ideal choice, but it's only available
// in IE. The only polyfill that consistently queues the callback after all DOM
// events triggered in the same loop is by using MessageChannel.
/* istanbul ignore if */
if (typeof setImmediate !== 'undefined' && isNative(setImmediate)) {
  macroTimerFunc = () => {
    setImmediate(flushCallbacks)
  }
} else if (typeof MessageChannel !== 'undefined' && (
  isNative(MessageChannel) ||
  // PhantomJS
  MessageChannel.toString() === '[object MessageChannelConstructor]'
)) {
  const channel = new MessageChannel()
  const port = channel.port2
  channel.port1.onmessage = flushCallbacks
  macroTimerFunc = () => {
    port.postMessage(1)
  }
} else {
  /* istanbul ignore next */
  macroTimerFunc = () => {
    setTimeout(flushCallbacks, 0)
  }
}

// Determine MicroTask defer implementation.
/* istanbul ignore next, $flow-disable-line */
if (typeof Promise !== 'undefined' && isNative(Promise)) {
  const p = Promise.resolve()
  microTimerFunc = () => {
    p.then(flushCallbacks)
    // in problematic UIWebViews, Promise.then doesn't completely break, but
    // it can get stuck in a weird state where callbacks are pushed into the
    // microtask queue but the queue isn't being flushed, until the browser
    // needs to do some other work, e.g. handle a timer. Therefore we can
    // "force" the microtask queue to be flushed by adding an empty timer.
    if (isIOS) setTimeout(noop)
  }
} else {
  // fallback to macro
  microTimerFunc = macroTimerFunc
}

/**
 * Wrap a function so that if any code inside triggers state change,
 * the changes are queued using a Task instead of a MicroTask.
 */
export function withMacroTask (fn: Function): Function {
  return fn._withTask || (fn._withTask = function () {
    useMacroTask = true
    const res = fn.apply(null, arguments)
    useMacroTask = false
    return res
  })
}

export function nextTick (cb?: Function, ctx?: Object) {
  let _resolve
  callbacks.push(() => {
    if (cb) {
      try {
        cb.call(ctx)
      } catch (e) {
        handleError(e, ctx, 'nextTick')
      }
    } else if (_resolve) {
      _resolve(ctx)
    }
  })
  if (!pending) {
    pending = true
    if (useMacroTask) {
      macroTimerFunc()
    } else {
      microTimerFunc()
    }
  }
  // $flow-disable-line
  if (!cb && typeof Promise !== 'undefined') {
    return new Promise(resolve => {
      _resolve = resolve
    })
  }
}

可以看到使用setImmediate、MessageChannel等mascrotask事件來實現(xiàn)nextTick。

為什么會如此修改，其實看之前的事件冒泡例子就可以知道，由于microtask優(yōu)先級太高，甚至?xí)让芭菘?，所以會造成一些詭異的bug。如 issue #4521、#6690、#6556；但是如果全部都改成 macro task，對一些有重繪和動畫的場景也會有性能影響，如 issue #6813。所以最終 nextTick 采取的策略是默認走 micro task，對于一些 DOM 交互事件，如 v-on 綁定的事件回調(diào)函數(shù)的處理，會強制走 macro task。

參考資料
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