深入瞭解Javascript的事件循環機制

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單線程的Javascript

JavaScript是一種單線程語言，它主要用來與用戶互動，以及操作DOM。多線程需要共享資源、且有可能修改彼此的運行結果，且存在上下文切換。

在 JS 運行的時候可能會阻止 UI 渲染，這說明兩個線程是互斥的。這是因為 JS 可以修改 DOM，如果在 JS 執行的時候 UI 線程還在工作，就可能導致不能安全的渲染 UI。

JS 是單線程運行的，可以達到節省內存，節約上下文切換時間。

為瞭利用多核CPU的計算能力，HTML5提出Web Worker標準，允許JavaScript腳本創建多個線程，但是子線程完全受主線程控制，且不得操作DOM。

單線程的同步等待極大影響效率，任務不得不一個一個等待執行，對於網頁應用是無法接受的。所以Javascript使用事件循環機制來解決異步任務的問題。

同步 vs 異步 宏任務 vs 微任務

首先瞭解下同步和異步的區別：

  • 同步：在一個函數返回的時候，調用者就能夠得到預期結果。
  • 同步任務：在主線程上排隊執行的任務，隻有前一個任務執行完畢，才能執行後一個任務。
  • 異步：在函數返回的時候，調用者還不能夠得到預期結果，而是需要在將來通過一定的手段得到。
  • 異步任務：不進入主線程、而放在"任務隊列"中的任務，若有多個異步任務，則需排隊等待進入主線程執行棧中被執行。

任務隊列其實不止一種，根據任務種類的不同，可以分為微任務（micro task）隊列和宏任務（macro task）隊列。常見的任務如下：

  • 宏任務：script(整體代碼)、setTimeout、setInterval、I/O、UI 交互事件、setImmediate；需要特定的異步線程去執行，有明確的異步任務去執行，有回調。
  • 微任務：Promise、MutaionObserver、process.nextTick(Node.js 環境，會先於其他微任務執行)；不需要特定的異步線程去執行，沒有明確的異步任務去執行，隻有回調。

一次 Eventloop 循環會處理一個宏任務和所有這次循環中產生的微任務。 執行順序如下圖：

第一個例子：

var req = new XMLHttpRequest();
req.open('GET', url);    
req.onload = function (){};    
req.onerror = function (){};    
req.send();
//等同於
var req = new XMLHttpRequest();
req.open('GET', url);
req.send();
req.onload = function (){};    
req.onerror = function (){};

上面代碼中的req.send方法是Ajax操作向服務器發送數據，它是一個異步任務，意味著隻有當前腳本的所有代碼執行完，系統才會去讀取"任務隊列"。指定回調函數的部分（onload和onerror），在send()方法的前面或後面無關緊要，因為它們屬於執行棧的一部分，系統總是執行完它們，才會去讀取"任務隊列"。

第二個例子：

console.log('1 第一次循環 開始執行');
setTimeout(function () {
    console.log('2 第二次循環 開始執行');
    new Promise(function (resolve) {
        console.log('3 第二次循環 宏任務結束');
        resolve();
    }).then(function () {
        console.log('4 第二次循環 微任務執行')
    })
}, 0)
new Promise(function (resolve) {
    console.log('5 第一次循環 宏任務結束');
    resolve();
}).then(function () {
    console.log('6 第一次循環 微任務執行')
})

setTimeout(function () {
    console.log('7 第三次循環 開始執行');

    new Promise(function (resolve) {
        console.log('8 第三次循環 宏任務結束');
        resolve();
    }).then(function () {
        console.log('9 第三次循環 微任務執行')
    })
}, 0)

/*
結果
1 第一次循環 開始執行
5 第一次循環 宏任務結束
6 第一次循環 微任務執行
2 第二次循環 開始執行
3 第二次循環 宏任務結束
4 第二次循環 微任務執行
7 第三次循環 開始執行
8 第三次循環 宏任務結束
9 第三次循環 微任務執行
*/

定時器

定時器功能主要由setTimeout()和setInterval()這兩個函數來完成，它們的內部運行機制完全一樣，區別在於前者指定的代碼是一次性執行，後者則為反復執行。

如果將setTimeout()的第二個參數設為0，就表示當前代碼執行完（執行棧清空）以後，立即執行（0毫秒間隔）指定的回調函數。主線程盡可能早得執行，但是沒有辦法保證回調函數一定會在setTimeout()指定的時間執行，因為必須等到當前代碼（執行棧）執行完，主線程才會去執行它指定的回調函數。所以單線程無法實現真正的異步，因為還是存在阻塞。

HTML5標準規定瞭setTimeout()的第二個參數的最小值（最短間隔），不得低於4毫秒，如果低於這個值，就會自動增加。

在此之前，老版本的瀏覽器都將最短間隔設為10毫秒。

另外，對於那些DOM的變動（尤其是涉及頁面重新渲染的部分），通常不會立即執行，而是每16毫秒執行一次。

這時使用requestAnimationFrame()的效果要好於setTimeout()。

在Node.js環境下，還提供瞭另外兩個方法：

  • process.nextTick方法可以在當前"執行棧"的尾部，下一次Event Loop之前，觸發回調函數。也就是說，它指定的任務總是在本次"事件循環"觸發，發生在所有異步任務之前，同時也是在所有微任務之前執行。
  • setImmediate方法則是在當前"任務隊列"的尾部添加事件，也就是說，它指定的任務總是在之後的Event Loop執行，這與setTimeout(fn, 0)很像。

多個process.nextTick​語句總是在當前"執行棧"一次執行完，多個setImmediate則可能需要多次loop才能執行完。

To Be Continued

Node.js使用V8作為js的解析引擎，而I/O處理方面使用瞭自己設計的libuv，libuv是一個基於事件驅動的跨平臺抽象層，封裝瞭不同操作系統一些底層特性，對外提供統一的API，事件循環機制也是它裡面的實現的。（在Python中，uvloop，一個完整的asyncio事件循環的替代品，也是建立在libuv基礎之上，是由Cython編寫而成。）這個機制和瀏覽器中Javascript的事件循環機制是不太一樣的。

以上就是深入瞭解Javascript的事件循環機制的詳細內容，更多關於Javascript事件循環機制的資料請關註WalkonNet其它相關文章！

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