面试官: 你对事件循环的理解很不错！所以我总结了下来。

顾昂_2023-11-21 16:31

什么是事件循环

  • 默认代码从上到下执行，执行环境通过script来执行（宏任务）
  • 在代码执行过程中，调用定时器 promise click事件...不会立即执行，需要等待当前代码全部执行完毕
  • 给异步方法划分队列，分别存放到微任务（立即存放）和宏任务（时间到了或事情发生了才存放）到队列中
  • script执行完毕后，会清空所有的微任务
  • 微任务执行完毕后，会渲染页面（不是每次都调用）
  • 再去宏任务队列中看有没有到达时间的，拿出来其中一个执行
  • 执行完毕后，按照上述步骤不停的循环

例子

自动执行的情况 会输出 listener1 listener2 task1 task2

如果手动点击click 会一个宏任务取出来一个个执行，先执行click的宏任务，取出微任务去执行。会输出 listener1 task1 listener2 task2

javascript 复制代码 
console.log(1)

async function asyncFunc(){
  console.log(2)
  // await xx ==> promise.resolve(()=>{console.log(3)}).then()
  // console.log(3) 放到promise.resolve或立即执行
  await console.log(3) 
  // 相当于把console.log(4)放到了then promise.resolve(()=>{console.log(3)}).then(()=>{
  //   console.log(4)
  // })
  // 微任务谁先注册谁先执行
  console.log(4)
}

setTimeout(()=>{console.log(5)})

const promise = new Promise((resolve,reject)=>{
  console.log(6)
  resolve(7)
})

promise.then(d=>{console.log(d)})

asyncFunc()

console.log(8)

// 输出 1 6 2 3 8 7 4 5

1. 浏览器事件循环

涉及面试题：异步代码执行顺序？解释一下什么是 Event Loop ？
JavaScript的单线程，与它的用途有关。作为浏览器脚本语言，JavaScript的主要用途是与用户互动，以及操作DOM。这决定了它只能是单线程，否则会带来很复杂的同步问题。比如，假定JavaScript同时有两个线程，一个线程在某个DOM节点上添加内容，另一个线程删除了这个节点，这时浏览器应该以哪个线程为准？所以，为了避免复杂性，从一诞生，JavaScript就是单线程，这已经成了这门语言的核心特征，将来也不会改变
js代码执行过程中会有很多任务，这些任务总的分成两类：

  • 同步任务
  • 异步任务

当我们打开网站时，网页的渲染过程就是一大堆同步任务，比如页面骨架和页面元素的渲染。而像加载图片音乐之类占用资源大耗时久的任务，就是异步任务。，我们用导图来说明：

我们解释一下这张图：

  • 同步和异步任务分别进入不同的执行"场所"，同步的进入主线程，异步的进入Event Table并注册函数。
  • 当指定的事情完成时，Event Table会将这个函数移入Event Queue。
  • 主线程内的任务执行完毕为空，会去Event Queue读取对应的函数，进入主线程执行。
  • 上述过程会不断重复，也就是常说的Event Loop(事件循环)。

那主线程执行栈何时为空呢？js引擎存在monitoring process进程，会持续不断的检查主线程执行栈是否为空，一旦为空，就会去Event Queue那里检查是否有等待被调用的函数

以上就是js运行的整体流程

面试中该如何回答呢？ 下面是我个人推荐的回答：

  • 首先js 是单线程运行的，在代码执行的时候，通过将不同函数的执行上下文压入执行栈中来保证代码的有序执行
  • 在执行同步代码的时候，如果遇到了异步事件，js 引擎并不会一直等待其返回结果，而是会将这个事件挂起，继续执行执行栈中的其他任务
  • 当同步事件执行完毕后，再将异步事件对应的回调加入到与当前执行栈中不同的另一个任务队列中等待执行
  • 任务队列可以分为宏任务对列和微任务对列，当当前执行栈中的事件执行完毕后，js 引擎首先会判断微任务对列中是否有任务可以执行，如果有就将微任务队首的事件压入栈中执行
  • 当微任务对列中的任务都执行完成后再去判断宏任务对列中的任务。
javascript 复制代码 
setTimeout(function() {
  console.log(1)
}, 0);
new Promise(function(resolve, reject) {
  console.log(2);
  resolve()
}).then(function() {
  console.log(3)
});
process.nextTick(function () {
  console.log(4)
})
console.log(5)
  • 第一轮：主线程开始执行，遇到setTimeout，将setTimeout的回调函数丢到宏任务队列中，在往下执行new Promise立即执行，输出2，then的回调函数丢到微任务队列中，再继续执行，遇到process.nextTick，同样将回调函数扔到微任务队列，再继续执行，输出5，当所有同步任务执行完成后看有没有可以执行的微任务，发现有then函数和nextTick两个微任务，先执行哪个呢？process.nextTick指定的异步任务总是发生在所有异步任务之前，因此先执行process.nextTick输出4然后执行then函数输出3，第一轮执行结束。
  • 第二轮：从宏任务队列开始，发现setTimeout回调，输出1执行完毕，因此结果是25431

JS 在执行的过程中会产生执行环境，这些执行环境会被顺序的加入到执行栈中。如果遇到异步的代码，会被挂起并加入到 Task（有多种 task） 队列中。一旦执行栈为空，Event Loop 就会从 Task 队列中拿出需要执行的代码并放入执行栈中执行，所以本质上来说 JS 中的异步还是同步行为

javascript 复制代码 
console.log('script start');

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

console.log('script end');

不同的任务源会被分配到不同的 Task 队列中，任务源可以分为 微任务（microtask） 和 宏任务（macrotask）。在 ES6 规范中，microtask 称为 jobs，macrotask 称为 task

javascript 复制代码 
console.log('script start');

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

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

console.log('script end');
// script start => Promise => script end => promise1 => promise2 => setTimeout

以上代码虽然 setTimeout 写在 Promise 之前，但是因为 Promise 属于微任务而 setTimeout 属于宏任务

微任务

  • process.nextTick

  • promise

  • Object.observe

  • MutationObserver

宏任务

  • script
  • setTimeout
  • setInterval
  • setImmediate
  • I/O 网络请求完成、文件读写完成事件
  • UI rendering
  • 用户交互事件（比如鼠标点击、滚动页面、放大缩小等）

宏任务中包括了 script ，浏览器会先执行一个宏任务，接下来有异步代码的话就先执行微任务

所以正确的一次 Event loop 顺序是这样的

  • 执行同步代码，这属于宏任务
  • 执行栈为空，查询是否有微任务需要执行
  • 执行所有微任务
  • 必要的话渲染 UI
  • 然后开始下一轮 Event loop，执行宏任务中的异步代码

通过上述的 Event loop 顺序可知，如果宏任务中的异步代码有大量的计算并且需要操作 DOM 的话，为了更快的响应界面响应，我们可以把操作 DOM 放入微任务中

  • JavaScript 引擎首先从宏任务队列（macrotask queue）中取出第一个任务
  • 执行完毕后，再将微任务（microtask queue）中的所有任务取出，按照顺序分别全部执行（这里包括不仅指开始执行时队列里的微任务），如果在这一步过程中产生新的微任务，也需要执行；
  • 然后再从宏任务队列中取下一个，执行完毕后，再次将 microtask queue 中的全部取出，循环往复，直到两个 queue 中的任务都取完。

总结起来就是：一次 Eventloop 循环会处理一个宏任务和所有这次循环中产生的微任务。

2. Node 中的 Event loop

当 Node.js 开始启动时，会初始化一个 Eventloop，处理输入的代码脚本，这些脚本会进行 API 异步调用，process.nextTick() 方法会开始处理事件循环。下面就是 Node.js 官网提供的 Eventloop 事件循环参考流程

  • Node 中的 Event loop 和浏览器中的不相同。
  • Node 的 Event loop 分为6个阶段，它们会按照顺序反复运行

  • 每次执行执行一个宏任务后会清空微任务（执行顺序和浏览器一致，在node11版本以上）
  • process.nextTick node中的微任务，当前执行栈的底部，优先级比promise要高

整个流程分为六个阶段，当这六个阶段执行完一次之后，才可以算得上执行了一次 Eventloop 的循环过程。我们来分别看下这六个阶段都做了哪些事情。

  • Timers 阶段 ：这个阶段执行 setTimeout 和 setInterval的回调函数，简单理解就是由这两个函数启动的回调函数。
  • I/O callbacks 阶段：这个阶段主要执行系统级别的回调函数，比如 TCP 连接失败的回调。
  • idle，prepare 阶段：仅系统内部使用，你只需要知道有这 2 个阶段就可以。
  • poll 阶段 ：poll 阶段是一个重要且复杂的阶段，几乎所有 I/O 相关的回调，都在这个阶段执行（除了setTimeout、setInterval、setImmediate 以及一些因为 exception 意外关闭产生的回调）。检索新的 I/O 事件，执行与 I/O 相关的回调，其他情况 Node.js 将在适当的时候在此阻塞。这也是最复杂的一个阶段，所有的事件循环以及回调处理都在这个阶段执行。这个阶段的主要流程如下图所示。
  • check 阶段 ：setImmediate() 回调函数在这里执行，setImmediate 并不是立马执行，而是当事件循环 poll 中没有新的事件处理时就执行该部分，如下代码所示。
javascript 复制代码 
const fs = require('fs');
setTimeout(() => { // 新的事件循环的起点
    console.log('1'); 
}, 0);
setImmediate( () => {
    console.log('setImmediate 1');
});
/// fs.readFile 将会在 poll 阶段执行
fs.readFile('./test.conf', {encoding: 'utf-8'}, (err, data) => {
    if (err) throw err;
    console.log('read file success');
});
/// 该部分将会在首次事件循环中执行
Promise.resolve().then(()=>{
    console.log('poll callback');
});
// 首次事件循环执行
console.log('2');

在这一代码中有一个非常奇特的地方，就是 setImmediate 会在 setTimeout 之后输出。有以下几点原因：

  • setTimeout 如果不设置时间或者设置时间为 0，则会默认为 1ms
  • 主流程执行完成后，超过 1ms 时，会将 setTimeout 回调函数逻辑插入到待执行回调函数 poll 队列中；
  • 由于当前 poll 队列中存在可执行回调函数，因此需要先执行完，待完全执行完成后，才会执行check：setImmediate。
    因此这也验证了这句话，先执行回调函数，再执行 setImmediate
  • close callbacks 阶段 ：执行一些关闭的回调函数，如 socket.on('close', ...)

除了把 Eventloop 的宏任务细分到不同阶段外。node 还引入了一个新的任务队列 Process.nextTick()

可以认为，Process.nextTick() 会在上述各个阶段结束时，在进入下一个阶段之前立即执行（优先级甚至超过 microtask 队列）

事件循环的主要包含微任务和宏任务。具体是怎么进行循环的呢

  • 微任务 ：在 Node.js 中微任务包含 2 种------process.nextTick 和 Promise。微任务在事件循环中优先级是最高的，因此在同一个事件循环中有其他任务存在时，优先执行微任务队列。并且process.nextTick 和 Promise也存在优先级，process.nextTick 高于 Promise
  • 宏任务 ：在 Node.js 中宏任务包含 4 种------setTimeout、setInterval、setImmediate 和 I/O。宏任务在微任务执行之后执行，因此在同一个事件循环周期内，如果既存在微任务队列又存在宏任务队列，那么优先将微任务队列清空，再执行宏任务队列

我们可以看到有一个核心的主线程，它的执行阶段主要处理三个核心逻辑。

  • 同步代码。
  • 将异步任务插入到微任务队列或者宏任务队列中。
  • 执行微任务或者宏任务的回调函数。在主线程处理回调函数的同时，也需要判断是否插入微任务和宏任务。根据优先级，先判断微任务队列是否存在任务，存在则先执行微任务，不存在则判断在宏任务队列是否有任务，有则执行。
javascript 复制代码 
const fs = require('fs');
// 首次事件循环执行
console.log('start');
/// 将会在新的事件循环中的阶段执行
fs.readFile('./test.conf', {encoding: 'utf-8'}, (err, data) => {
    if (err) throw err;
    console.log('read file success');
});
setTimeout(() => { // 新的事件循环的起点
    console.log('setTimeout'); 
}, 0);
/// 该部分将会在首次事件循环中执行
Promise.resolve().then(()=>{
    console.log('Promise callback');
});
/// 执行 process.nextTick
process.nextTick(() => {
    console.log('nextTick callback');
});
// 首次事件循环执行
console.log('end');

分析下上面代码的执行过程

  • 第一个事件循环主线程发起，因此先执行同步代码，所以先输出 start，然后输出 end
  • 第一个事件循环主线程发起，因此先执行同步代码，所以先输出 start，然后输出 end；
  • 再从上往下分析，遇到微任务，插入微任务队列，遇到宏任务，插入宏任务队列，分析完成后，微任务队列包含：Promise.resolve 和 process.nextTick，宏任务队列包含：fs.readFile 和 setTimeout；
  • 先执行微任务队列，但是根据优先级，先执行 process.nextTick 再执行 Promise.resolve，所以先输出 nextTick callback 再输出 Promise callback；
  • 再执行宏任务队列，根据宏任务插入先后顺序执行 setTimeout 再执行 fs.readFile，这里需要注意，先执行 setTimeout 由于其回调时间较短，因此回调也先执行，并非是 setTimeout 先执行所以才先执行回调函数，但是它执行需要时间肯定大于 1ms，所以虽然 fs.readFile 先于setTimeout 执行，但是 setTimeout 执行更快，所以先输出 setTimeout ，最后输出 read file success。
arduino 复制代码 
// 输出结果
start
end
nextTick callback
Promise callback
setTimeout
read file success

当微任务和宏任务又产生新的微任务和宏任务时，又应该如何处理呢？如下代码所示：

javascript 复制代码 
const fs = require('fs');
setTimeout(() => { // 新的事件循环的起点
    console.log('1'); 
    fs.readFile('./config/test.conf', {encoding: 'utf-8'}, (err, data) => {
        if (err) throw err;
        console.log('read file sync success');
    });
}, 0);
/// 回调将会在新的事件循环之前
fs.readFile('./config/test.conf', {encoding: 'utf-8'}, (err, data) => {
    if (err) throw err;
    console.log('read file success');
});
/// 该部分将会在首次事件循环中执行
Promise.resolve().then(()=>{
    console.log('poll callback');
});
// 首次事件循环执行
console.log('2');

在上面代码中，有 2 个宏任务和 1 个微任务，宏任务是 setTimeout 和 fs.readFile，微任务是 Promise.resolve。

  • 整个过程优先执行主线程的第一个事件循环过程，所以先执行同步逻辑，先输出 2。
  • 接下来执行微任务，输出 poll callback。
  • 再执行宏任务中的 fs.readFile 和 setTimeout，由于 fs.readFile 优先级高，先执行 fs.readFile。但是处理时间长于 1ms，因此会先执行 setTimeout 的回调函数，输出 1。这个阶段在执行过程中又会产生新的宏任务 fs.readFile，因此又将该 fs.readFile 插入宏任务队列
  • 最后由于只剩下宏任务了 fs.readFile，因此执行该宏任务，并等待处理完成后的回调，输出 read file sync success。
arduino 复制代码 
// 结果
2
poll callback
1
read file success
read file sync success

Process.nextick() 和 Vue 的 nextick

Node.js 和浏览器端宏任务队列的另一个很重要的不同点是，浏览器端任务队列每轮事件循环仅出队一个回调函数接着去执行微任务队列；而 Node.js 端只要轮到执行某个宏任务队列，则会执行完队列中所有的当前任务，但是当前轮次新添加到队尾的任务则会等到下一轮次才会执行。

javascript 复制代码 
setTimeout(() => {
    console.log('setTimeout');
}, 0);
setImmediate(() => {
    console.log('setImmediate');
})
// 这里可能会输出 setTimeout，setImmediate
// 可能也会相反的输出，这取决于性能
// 因为可能进入 event loop 用了不到 1 毫秒，这时候会执行 setImmediate
// 否则会执行 setTimeout

上面介绍的都是 macrotask 的执行情况，microtask 会在以上每个阶段完成后立即执行

javascript 复制代码 
setTimeout(()=>{
    console.log('timer1')

    Promise.resolve().then(function() {
        console.log('promise1')
    })
}, 0)

setTimeout(()=>{
    console.log('timer2')

    Promise.resolve().then(function() {
        console.log('promise2')
    })
}, 0)

// 以上代码在浏览器和 node 中打印情况是不同的
// 浏览器中一定打印 timer1, promise1, timer2, promise2
// node 中可能打印 timer1, timer2, promise1, promise2
// 也可能打印 timer1, promise1, timer2, promise2

Node 中的 process.nextTick 会先于其他 microtask 执行

javascript 复制代码 
setTimeout(() => {
 console.log("timer1");

 Promise.resolve().then(function() {
   console.log("promise1");
 });
}, 0);

// poll阶段执行
fs.readFile('./test',()=>{
  // 在poll阶段里面 如果有setImmediate优先执行，setTimeout处于事件循环顶端 poll下面就是setImmediate
  setTimeout(()=>console.log('setTimeout'),0)
  setImmediate(()=>console.log('setImmediate'),0)
})

process.nextTick(() => {
 console.log("nextTick");
});
// nextTick, timer1, promise1,setImmediate,setTimeout

对于 microtask 来说，它会在以上每个阶段完成前清空 microtask 队列，下图中的 Tick 就代表了 microtask

谁来启动这个循环过程，循环条件是什么？

当 Node.js 启动后，会初始化事件循环，处理已提供的输入脚本，它可能会先调用一些异步的 API、调度定时器，或者 process.nextTick()，然后再开始处理事件循环。因此可以这样理解，Node.js 进程启动后，就发起了一个新的事件循环，也就是事件循环的起点。

总结来说，Node.js 事件循环的发起点有 4 个：

  • Node.js 启动后；
  • setTimeout 回调函数；
  • setInterval 回调函数；
  • 也可能是一次 I/O 后的回调函数。

无限循环有没有终点

当所有的微任务和宏任务都清空的时候，虽然当前没有任务可执行了，但是也并不能代表循环结束了。因为可能存在当前还未回调的异步 I/O，所以这个循环是没有终点的，只要进程在，并且有新的任务存在，就会去执行

Node.js 是单线程的还是多线程的？

主线程是单线程执行的，但是 Node.js 存在多线程执行，多线程包括 setTimeout 和异步 I/O 事件。其实 Node.js 还存在其他的线程，包括垃圾回收、内存优化等

EventLoop 对渲染的影响

  • 想必你之前在业务开发中也遇到过 requestIdlecallback 和 requestAnimationFrame，这两个函数在我们之前的内容中没有讲过，但是当你开始考虑它们在 Eventloop 的生命周期的哪一步触发，或者这两个方法的回调会在微任务队列还是宏任务队列执行的时候，才发现好像没有想象中那么简单。这两个方法其实也并不属于 JS 的原生方法，而是浏览器宿主环境提供的方法，因为它们牵扯到另一个问题：渲染。

  • 我们知道浏览器作为一个复杂的应用是多线程工作的，除了运行 JS 的线程外，还有渲染线程、定时器触发线程、HTTP 请求线程，等等。JS 线程可以读取并且修改 DOM，而渲染线程也需要读取 DOM，这是一个典型的多线程竞争临界资源的问题。所以浏览器就把这两个线程设计成互斥的，即同时只能有一个线程在执行

  • 渲染原本就不应该出现在 Eventloop 相关的知识体系里，但是因为 Eventloop 显然是在讨论 JS 如何运行的问题，而渲染则是浏览器另外一个线程的工作。但是 requestAnimationFrame的出现却把这两件事情给关联起来

  • 通过调用 requestAnimationFrame 我们可以在下次渲染之前执行回调函数。那下次渲染具体是哪个时间点呢？渲染和 Eventloop 有什么关系呢？

    • 简单来说，就是在每一次 Eventloop 的末尾，判断当前页面是否处于渲染时机，就是重新渲染

  • 有屏幕的硬件限制，比如 60Hz 刷新率，简而言之就是 1 秒刷新了 60 次，16.6ms 刷新一次。这个时候浏览器的渲染间隔时间就没必要小于 16.6ms，因为就算渲染了屏幕上也看不到。当然浏览器也不能保证一定会每 16.6ms 会渲染一次，因为还会受到处理器的性能、JavaScript 执行效率等其他因素影响。

  • 回到 requestAnimationFrame，这个 API 保证在下次浏览器渲染之前一定会被调用，实际上我们完全可以把它看成是一个高级版的 setInterval。它们都是在一段时间后执行回调，但是前者的间隔时间是由浏览器自己不断调整的，而后者只能由用户指定。这样的特性也决定了 requestAnimationFrame 更适合用来做针对每一帧来修改的动画效果

  • 当然 requestAnimationFrame 不是 Eventloop 里的宏任务，或者说它并不在 Eventloop 的生命周期里，只是浏览器又开放的一个在渲染之前发生的新的 hook。另外需要注意的是微任务的认知概念也需要更新，在执行 animation callback 时也有可能产生微任务（比如 promise 的 callback），会放到 animation queue 处理完后再执行。所以微任务并不是像之前说的那样在每一轮 Eventloop 后处理，而是在 JS 的函数调用栈清空后处理

但是 requestIdlecallback 却是一个更好理解的概念。当宏任务队列中没有任务可以处理时，浏览器可能存在"空闲状态"。这段空闲时间可以被 requestIdlecallback 利用起来执行一些优先级不高、不必立即执行的任务，如下图所示：

>p>

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