javaScript中的事件循环详解---浏览器和Node中的事件循环

javaScript中的事件循环

进程和线程

线程和进程是操作系统中的两个概念：

• 进程（process）：计算机已经运行的程序，是操作系统管理程序的一种方式；
• 线程（thread）：操作系统能够运行运算调度的最小单位，通常情况下它被包含在进程中；

听起来很抽象，这里还是给出我的解释：

• 进程：我们可以认为，启动一个应用程序，就会默认启动一个进程（也可能是多个进程）；
• 线程：每一个进程中，都会启动至少一个线程用来执行程序中的代码，这个线程被称之为主线程；
• 所以我们也可以说进程是线程的容器；

再用一个形象的例子解释：

• 操作系统类似于一个大工厂；
• 工厂中里有很多车间，这个车间就是进程；
• 每个车间可能有一个以上的工人在工厂，这个工人就是线程；

操作系统 – 进程 – 线程

操作系统的工作方式

操作系统是如何做到同时让多个进程（边听歌、边写代码、边查阅资料）同时工作呢？

• 这是因为cpu的运算速度非常快，它可以快速的在多个进程之间迅速的切换；
• 当我们进程中的线程获取到时间片时，就可以快速执行我们编写的代码；
• 对于用户来说是感受不到这种快速的切换的；

你可以在Mac的活动监视器或者Windows的资源管理器中查看到很多进程：

浏览器中的JavaScript线程

我们经常会说JavaScript是单线程的，但是JavaScript的线程应该有自己的容器进程：浏览器或者Node。

浏览器是一个进程吗，它里面只有一个线程吗？

• 目前多数的浏览器其实都是多进程的，当我们打开一个tab页面时就会开启一个新的进程，这是为了防止一个页 面卡死而造成所有页面无法响应，整个浏览器需要强制退出；
• 每个进程中又有很多的线程，其中包括执行JavaScript代码的线程；

JavaScript的代码执行是在一个单独的线程中执行的：

• 这就意味着JavaScript的代码，在同一个时刻只能做一件事；
• 如果这件事是非常耗时的，就意味着当前的线程就会被阻塞；

所以真正耗时的操作，实际上并不是由JavaScript线程在执行的：

• 浏览器的每个进程是多线程的，那么其他线程可以来完成这个耗时的操作；
• 比如网络请求、定时器，我们只需要在特性的时候执行应该有的回调即可；

浏览器的事件循环

如果在执行JavaScript代码的过程中，有异步操作呢？

• 中间我们插入了一个setTimeout的函数调用；
• 这个函数被放到入调用栈中，执行会立即结束，并不会阻塞后续代码的执行；

宏任务和微任务

但是事件循环中并非只维护着一个队列，事实上是有两个队列：

• 宏任务队列（macrotask queue）：ajax、setTimeout、setInterval、DOM监听、UI Rendering等
• 微任务队列（microtask queue）：Promise的then回调、 Mutation Observer API、queueMicrotask()等

那么事件循环对于两个队列的优先级是怎么样的呢？

• 1.main script中的代码优先执行（编写的顶层script代码）；
• 2.在执行任何一个宏任务之前（不是队列，是一个宏任务），都会先查看微任务队列中是否有任务需要执行
  • 也就是宏任务执行之前，必须保证微任务队列是空的；
  • 如果不为空，那么就优先执行微任务队列中的任务（回调）；

下面我们通过几到面试题来练习一下。

Promise面试题

setTimeout(function () {
  console.log("setTimeout1");
  new Promise(function (resolve) {
    resolve();
  }).then(function () {
    new Promise(function (resolve) {
      resolve();
    }).then(function () {
      console.log("then4");
    });
    console.log("then2");
  });
});

new Promise(function (resolve) {
  console.log("promise1");
  resolve();
}).then(function () {
  console.log("then1");
});

setTimeout(function () {
  console.log("setTimeout2");
});

console.log(2);

queueMicrotask(() => {
  console.log("queueMicrotask1")
});

new Promise(function (resolve) {
  resolve();
}).then(function () {
  console.log("then3");
});

// promise1
// 2
// then1
// queueMicrotask1
// then3
// setTimeout1
// then2
// then4
// setTimeout2

promise async await 面试题

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

Promise较难面试题

Promise.resolve().then(() => {
  console.log(0);
  // 1.直接return一个值 相当于resolve(4)
  // return 4

  // 2.return thenable的值
  // return {
  //   then: function(resolve) {
  //     // 大量的计算
  //     resolve(4)
  //   }
  // }

  // 3.return Promise
  // 不是普通的值, 多加一次微任务
  // Promise.resolve(4), 多加一次微任务
  // 一共多加两次微任务
  return Promise.resolve(4)
}).then((res) => {
  console.log(res)
})

Promise.resolve().then(() => {
  console.log(1);
}).then(() => {
  console.log(2);
}).then(() => {
  console.log(3);
}).then(() => {
  console.log(5);
}).then(() =>{
  console.log(6);
})


// 1.return 4
// 0
// 1
// 4
// 2
// 3
// 5
// 6

// 2.return thenable
// 0
// 1
// 2
// 4
// 3
// 5
// 6

// 3.return promise
// 0
// 1
// 2
// 3
// 4
// 5
// 6

Node的事件循环

浏览器中的EventLoop是根据HTML5定义的规范来实现的，不同的浏览器可能会有不同的实现，而Node中是由libuv实现的。 (libuv是Node中的一个库)

这里我们来给出一个Node的架构图：

• 我们会发现libuv中主要维护了一个EventLoop和worker threads（线程池）；
• EventLoop负责调用系统的一些其他操作：文件的IO、Network、child-processes等

libuv是一个多平台的专注于异步IO的库，它最初是为Node开发的，但是现在也被使用到Luvit、Julia、pyuv等其他地方；

Node事件循环的阶段

我们最前面就强调过，事件循环像是一个桥梁，是连接着应用程序的JavaScript和系统调用之间的通道：

• 无论是我们的文件IO、数据库、网络IO、定时器、子进程，在完成对应的操作后，都会将对应的结果和回调函

  数放到事件循环（任务队列）中；

• 事件循环会不断的从任务队列中取出对应的事件（回调函数）来执行；

但是一次完整的事件循环Tick分成很多个阶段：

• 定时器（Timers）：本阶段执行已经被 setTimeout() 和 setInterval() 的调度回调函数。

• 待定回调（Pending Callback）：对某些系统操作（如TCP错误类型）执行回调，比如TCP连接时接收到 ECONNREFUSED。

• idle, prepare：仅系统内部使用。

• 轮询（Poll）：检索新的 I/O 事件；执行与 I/O 相关的回调；

• 检测（check）：setImmediate() 回调函数在这里执行。

• 关闭的回调函数：一些关闭的回调函数，如：socket.on(‘close’, …)。

Node事件循环的阶段图解

Node的宏任务和微任务

我们会发现从一次事件循环的Tick来说，Node的事件循环更复杂，它也分为微任务和宏任务：

• 宏任务（macrotask）：setTimeout、setInterval、IO事件、setImmediate、close事件；
• 微任务（microtask）：Promise的then回调、process.nextTick、queueMicrotask；

但是，Node中的事件循环不只是 微任务队列和 宏任务队列：

微任务队列：

• next tick queue：process.nextTick；
• other queue：Promise的then回调、queueMicrotask；

宏任务队列：

• timer queue：setTimeout、setInterval；
• poll queue：IO事件；
• check queue：setImmediate；
• close queue：close事件

Node事件循环的顺序

所以，在每一次事件循环的tick中，会按照如下顺序来执行代码：

• next tick microtask queue；
• other microtask queue；
• timer queue；
• poll queue；
• check queue；
• close queue；

Node执行面试题

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('setTimeout0')
}, 0)

setTimeout(function () {
  console.log('setTimeout2')
}, 300)

setImmediate(() => console.log('setImmediate'));

process.nextTick(() => console.log('nextTick1'));

async1();

process.nextTick(() => console.log('nextTick2'));

new Promise(function (resolve) {
  console.log('promise1')
  resolve();
  console.log('promise2')
}).then(function () {
  console.log('promise3')
})

console.log('script end')

// script start
// async1 start
// async2
// promise1
// promise2
// script end
// nexttick1
// nexttick2
// async1 end
// promise3
// settimetout0
// setImmediate
// setTimeout2