從一道題淺說 JavaScript 的事件循環(huán)

從一道題淺說 JavaScript 的事件循環(huán)

注：本篇文章運(yùn)行環(huán)境為當(dāng)前最新版本的谷歌瀏覽器（72.0.3626.109）

最近看到這樣一道有關(guān)事件循環(huán)的前端面試題：

//請寫出輸出內(nèi)容
async function async1() {
    console.log('async1 start');
    await async2();
    console.log('async1 end');
}
async function async2() {
    console.log('async2');
}

console.log('script start');

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

async1();

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

/*
script start
async1 start
async2
promise1
script end
async1 end
promise2
setTimeout
*/

這道題主要考察的是事件循環(huán)中函數(shù)執(zhí)行順序的問題，其中包括async ，await，setTimeout，Promise函數(shù)。下面來說一下本題中涉及到的知識(shí)點(diǎn)。

任務(wù)隊(duì)列

首先我們需要明白以下幾件事情：

  • JS分為同步任務(wù)和異步任務(wù)
  • 同步任務(wù)都在主線程上執(zhí)行，形成一個(gè)執(zhí)行棧
  • 主線程之外，事件觸發(fā)線程管理著一個(gè)任務(wù)隊(duì)列，只要異步任務(wù)有了運(yùn)行結(jié)果，就在任務(wù)隊(duì)列之中放置一個(gè)事件。
  • 一旦執(zhí)行棧中的所有同步任務(wù)執(zhí)行完畢（此時(shí)JS引擎空閑），系統(tǒng)就會(huì)讀取任務(wù)隊(duì)列，將可運(yùn)行的異步任務(wù)添加到可執(zhí)行棧中，開始執(zhí)行。

根據(jù)規(guī)范，事件循環(huán)是通過任務(wù)隊(duì)列的機(jī)制來進(jìn)行協(xié)調(diào)的。一個(gè) Event Loop 中，可以有一個(gè)或者多個(gè)任務(wù)隊(duì)列(task queue)，一個(gè)任務(wù)隊(duì)列便是一系列有序任務(wù)(task)的集合；每個(gè)任務(wù)都有一個(gè)任務(wù)源(task source)，源自同一個(gè)任務(wù)源的 task 必須放到同一個(gè)任務(wù)隊(duì)列，從不同源來的則被添加到不同隊(duì)列。 setTimeout/Promise 等API便是任務(wù)源，而進(jìn)入任務(wù)隊(duì)列的是他們指定的具體執(zhí)行任務(wù)。

宏任務(wù)

(macro)task（又稱之為宏任務(wù)），可以理解是每次執(zhí)行棧執(zhí)行的代碼就是一個(gè)宏任務(wù)（包括每次從事件隊(duì)列中獲取一個(gè)事件回調(diào)并放到執(zhí)行棧中執(zhí)行）。

瀏覽器為了能夠使得JS內(nèi)部(macro)task與DOM任務(wù)能夠有序的執(zhí)行，會(huì)在一個(gè)(macro)task執(zhí)行結(jié)束后，在下一個(gè)(macro)task 執(zhí)行開始前，對頁面進(jìn)行重新渲染，流程如下：

(macro)task->渲染->(macro)task->...

(macro)task主要包含：script(整體代碼)、setTimeout、setInterval、I/O、UI交互事件、postMessage、MessageChannel、setImmediate(Node.js 環(huán)境)

微任務(wù)

microtask（又稱為微任務(wù)），可以理解是在當(dāng)前 task 執(zhí)行結(jié)束后立即執(zhí)行的任務(wù)。也就是說，在當(dāng)前task任務(wù)后，下一個(gè)task之前，在渲染之前。

所以它的響應(yīng)速度相比setTimeout（setTimeout是task）會(huì)更快，因?yàn)闊o需等渲染。也就是說，在某一個(gè)macrotask執(zhí)行完后，就會(huì)將在它執(zhí)行期間產(chǎn)生的所有microtask都執(zhí)行完畢（在渲染前）。

microtask主要包含：Promise.then、MutaionObserver、process.nextTick(Node.js 環(huán)境)

運(yùn)行機(jī)制

在事件循環(huán)中，每進(jìn)行一次循環(huán)操作稱為 tick，每一次 tick 的任務(wù)處理模型是比較復(fù)雜的，但關(guān)鍵步驟如下：

  • 執(zhí)行一個(gè)宏任務(wù)（棧中沒有就從事件隊(duì)列中獲取）
  • 執(zhí)行過程中如果遇到微任務(wù)，就將它添加到微任務(wù)的任務(wù)隊(duì)列中
  • 宏任務(wù)執(zhí)行完畢后，立即執(zhí)行當(dāng)前微任務(wù)隊(duì)列中的所有微任務(wù)（依次執(zhí)行）
  • 當(dāng)前宏任務(wù)執(zhí)行完畢，開始檢查渲染，然后GUI線程接管渲染
  • 渲染完畢后，JS線程繼續(xù)接管，開始下一個(gè)宏任務(wù)（從事件隊(duì)列中獲?。?/li>

流程圖如下：

Promise和async中的立即執(zhí)行

我們知道Promise中的異步體現(xiàn)在then和catch中，所以寫在Promise中的代碼是被當(dāng)做同步任務(wù)立即執(zhí)行的。而在async/await中，在出現(xiàn)await出現(xiàn)之前，其中的代碼也是立即執(zhí)行的。那么出現(xiàn)了await時(shí)候發(fā)生了什么呢？

await做了什么

從字面意思上看await就是等待，await 等待的是一個(gè)表達(dá)式，這個(gè)表達(dá)式的返回值可以是一個(gè)promise對象也可以是其他值。

很多人以為await會(huì)一直等待之后的表達(dá)式執(zhí)行完之后才會(huì)繼續(xù)執(zhí)行后面的代碼，實(shí)際上await是一個(gè)讓出線程的標(biāo)志。await后面的表達(dá)式會(huì)先執(zhí)行一遍，將await后面的代碼加入到microtask中，然后就會(huì)跳出整個(gè)async函數(shù)來執(zhí)行后面的代碼。

這里感謝@chenjigeng的糾正：

由于因?yàn)閍sync await 本身就是promise+generator的語法糖。所以await后面的代碼是microtask。所以對于本題中的

async function async1() {
    console.log('async1 start');
    await async2();
    console.log('async1 end');
}

等價(jià)于

async function async1() {
    console.log('async1 start');
    Promise.resolve(async2()).then(() => {
                console.log('async1 end');
        })
}

回到本題

以上就本道題涉及到的所有相關(guān)知識(shí)點(diǎn)了，下面我們再回到這道題來一步一步看看怎么回事兒。

  1. 首先，事件循環(huán)從宏任務(wù)(macrotask)隊(duì)列開始，這個(gè)時(shí)候，宏任務(wù)隊(duì)列中，只有一個(gè)script(整體代碼)任務(wù)；當(dāng)遇到任務(wù)源(task source)時(shí)，則會(huì)先分發(fā)任務(wù)到對應(yīng)的任務(wù)隊(duì)列中去。所以，上面例子的第一步執(zhí)行如下圖所示：

  2. 然后我們看到首先定義了兩個(gè)async函數(shù)，接著往下看，然后遇到了 console 語句，直接輸出 script start。輸出之后，script 任務(wù)繼續(xù)往下執(zhí)行，遇到 setTimeout，其作為一個(gè)宏任務(wù)源，則會(huì)先將其任務(wù)分發(fā)到對應(yīng)的隊(duì)列中：

  3. script 任務(wù)繼續(xù)往下執(zhí)行，執(zhí)行了async1()函數(shù)，前面講過async函數(shù)中在await之前的代碼是立即執(zhí)行的，所以會(huì)立即輸出async1 start。

    遇到了await時(shí)，會(huì)將await后面的表達(dá)式執(zhí)行一遍，所以就緊接著輸出async2，然后將await后面的代碼也就是console.log('async1 end')加入到microtask中的Promise隊(duì)列中，接著跳出async1函數(shù)來執(zhí)行后面的代碼。

  4. script任務(wù)繼續(xù)往下執(zhí)行，遇到Promise實(shí)例。由于Promise中的函數(shù)是立即執(zhí)行的，而后續(xù)的 .then 則會(huì)被分發(fā)到 microtask 的 Promise 隊(duì)列中去。所以會(huì)先輸出 promise1，然后執(zhí)行 resolve，將 promise2 分配到對應(yīng)隊(duì)列。

  5. script任務(wù)繼續(xù)往下執(zhí)行，最后只有一句輸出了 script end，至此，全局任務(wù)就執(zhí)行完畢了。

    根據(jù)上述，每次執(zhí)行完一個(gè)宏任務(wù)之后，會(huì)去檢查是否存在 Microtasks；如果有，則執(zhí)行 Microtasks 直至清空 Microtask Queue。

    因而在script任務(wù)執(zhí)行完畢之后，開始查找清空微任務(wù)隊(duì)列。此時(shí)，微任務(wù)中， Promise 隊(duì)列有的兩個(gè)任務(wù)async1 end和promise2，因此按先后順序輸出 async1 end，promise2。當(dāng)所有的 Microtasks 執(zhí)行完畢之后，表示第一輪的循環(huán)就結(jié)束了。

  6. 第二輪循環(huán)開始，這個(gè)時(shí)候就會(huì)跳回async1函數(shù)中執(zhí)行后面的代碼，然后遇到了同步任務(wù) console 語句，直接輸出 async1 end。這樣第二輪的循環(huán)就結(jié)束了。（也可以理解為被加入到script任務(wù)隊(duì)列中，所以會(huì)先與setTimeout隊(duì)列執(zhí)行）

  7. 第二輪循環(huán)依舊從宏任務(wù)隊(duì)列開始。此時(shí)宏任務(wù)中只有一個(gè) setTimeout，取出直接輸出即可，至此整個(gè)流程結(jié)束。

下面我會(huì)改變一下代碼來加深印象。

變式一

在第一個(gè)變式中我將async2中的函數(shù)也變成了Promise函數(shù)，代碼如下：

async function async1() {
    console.log('async1 start');
    await async2();
    console.log('async1 end');
}
async function async2() {
    //async2做出如下更改：
    new Promise(function(resolve) {
    console.log('promise1');
    resolve();
}).then(function() {
    console.log('promise2');
    });
}
console.log('script start');

setTimeout(function() {
    console.log('setTimeout');
}, 0)
async1();

new Promise(function(resolve) {
    console.log('promise3');
    resolve();
}).then(function() {
    console.log('promise4');
});

console.log('script end');

可以先自己看看輸出順序會(huì)是什么，下面來公布結(jié)果：

script start
async1 start
promise1
promise3
script end
promise2
async1 end
promise4
setTimeout

在第一次macrotask執(zhí)行完之后，也就是輸出script end之后，會(huì)去清理所有microtask。所以會(huì)相繼輸出promise2，async1 end ，promise4，其余不再多說。

變式二

在第二個(gè)變式中，我將async1中await后面的代碼和async2的代碼都改為異步的，代碼如下：

async function async1() {
    console.log('async1 start');
    await async2();
    //更改如下：
    setTimeout(function() {
        console.log('setTimeout1')
    },0)
}
async function async2() {
    //更改如下：
    setTimeout(function() {
        console.log('setTimeout2')
    },0)
}
console.log('script start');

setTimeout(function() {
    console.log('setTimeout3');
}, 0)
async1();

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

可以先自己看看輸出順序會(huì)是什么，下面來公布結(jié)果：

script start
async1 start
promise1
script end
promise2
setTimeout3
setTimeout2
setTimeout1

在輸出為promise2之后，接下來會(huì)按照加入setTimeout隊(duì)列的順序來依次輸出，通過代碼我們可以看到加入順序?yàn)?code>3 2 1，所以會(huì)按3，2，1的順序來輸出。

變式三

變式三是我在一篇面經(jīng)中看到的原題，整體來說大同小異，代碼如下：

async function a1 () {
    console.log('a1 start')
    await a2()
    console.log('a1 end')
}
async function a2 () {
    console.log('a2')
}

console.log('script start')

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

Promise.resolve().then(() => {
    console.log('promise1')
})

a1()

let promise2 = new Promise((resolve) => {
    resolve('promise2.then')
    console.log('promise2')
})

promise2.then((res) => {
    console.log(res)
    Promise.resolve().then(() => {
        console.log('promise3')
    })
})
console.log('script end')

無非是在微任務(wù)那塊兒做點(diǎn)文章，前面的內(nèi)容如果你都看懂了的話這道題一定沒問題的，結(jié)果如下：

script start
a1 start
a2
promise2
script end
promise1
a1 end
promise2.then
promise3
setTimeout

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