从一道题理解JS的事件循环(异步机制)

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//请写出输出内容
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
*/

涉及知识点

任务队列

首先我们需要明白以下几件事情:

  • JS分为同步任务和异步任务
  • 同步任务都在主线程上执行,形成一个执行栈
  • 主线程之外,事件触发线程管理着一个任务队列,只要异步任务有了运行结果,就在任务队列之中放置一个事件。
  • 一旦执行栈中的所有同步任务执行完毕(此时JS引擎空闲),系统就会读取任务队列,将可运行的异步任务添加到可执行栈中,开始执行。

根据规范,事件循环是通过任务队列的机制来进行协调的。

  • 一个 Event Loop 中,可以有一个或者多个任务队列(task queue),一个任务队列便是一系列有序任务(task)的集合;
  • 每个任务都有一个任务源(task source),源自同一个任务源的 task 必须放到同一个任务队列,从不同源来的则被添加到不同队列
    • setTimeout/Promise 等API便是任务源,而进入任务队列的是他们指定的具体执行任务

宏任务

(macro)task(又称之为宏任务),可以理解是每次执行栈执行的代码就是一个宏任务(包括每次从事件队列中获取一个事件回调并放到执行栈中执行)。

浏览器为了能够使得JS内部(macro)task与DOM任务能够有序的执行,会在一个(macro)task执行结束后,在下一个(macro)task 执行开始前,对页面进行重新渲染,流程如下:

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(macro)task->渲染->(macro)task->...

(macro)task主要包含:

  • script(整体代码)
  • setTimeout
  • setInterval
  • I/O UI交互事件
  • postMessage
  • MessageChannel
  • setImmediate(Node.js 环境)

微任务

microtask(又称为微任务),可以理解是在当前 task 执行结束后立即执行的任务
也就是说,在当前task任务后,下一个task之前,在渲染之前。

所以它的响应速度相比 setTimeout(setTimeout是task)会更快,因为无需等渲染。也就是说,在某一个macrotask 执行完后,就会将在它执行期间产生的所有 microtask 都执行完毕(在渲染前)

microtask主要包含:

  • Promise.then
  • MutaionObserver
  • process.nextTick(Node.js 环境)

运行机制

在事件循环中,每进行一次循环操作称为 tick,每一次 tick 的任务处理模型是比较复杂的,但关键步骤如下:

  • 执行一个宏任务(栈中没有就从事件队列中获取)
  • 执行过程中如果遇到微任务,就将它添加到微任务的任务队列中
  • 宏任务执行完毕后,立即执行当前微任务队列中的所有微任务(依次执行)
  • 当前宏任务执行完毕,开始检查渲染,然后GUI线程接管渲染
  • 渲染完毕后,JS线程继续接管,开始下一个宏任务(从事件队列中获取)

流程图如下:

mark

Promise和async中的立即执行

我们知道 Promise 中的异步体现在 thencatch 中,所以写在Promise中的代码是被当做同步任务立即执行的

而在 async/await 中,在出现 await 出现之前,其中的代码也是立即执行的。那么出现了 await 时候发生了什么呢?

await做了什么

从字面意思上看 await 就是等待,await 等待的是一个表达式,这个表达式的返回值可以是一个 promise 对象也可以是其他值。

很多人以为 await 会一直等待之后的表达式执行完之后才会继续执行后面的代码,实际上await是一个让出线程的标志。
await里面的表达式会先执行一遍,将await里面的代码加入到microtask中,然后就会跳出整个async函数来执行后面的代码。

由于因为async await 本身就是promise+generator的语法糖。所以await后面的代码是microtask。所以对于下例中的

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

等价于

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

回到本题

以上就本道题涉及到的所有相关知识点了,下面我们再回到这道题来一步一步看看怎么回事儿。

  1. 首先,事件循环从宏任务(macrotask)队列开始,这个时候,宏任务队列中,只有一个script(整体代码)任务;当遇到任务源(task source)时,则会先分发任务到对应的任务队列中去。所以,上面例子的第一步执行如下图所示:

    img

  2. 然后我们看到首先定义了两个async函数,接着往下看,然后遇到了 console 语句,直接输出 script start。输出之后,script 任务继续往下执行,遇到 setTimeout,其作为一个宏任务源,则会先将其任务分发到对应的队列中:

    img

  3. script 任务继续往下执行,执行了async1()函数,前面讲过async函数中在await之前的代码是立即执行的,所以会立即输出async1 start

    遇到了await时,会将await后面的表达式执行一遍,所以就紧接着输出async2,然后将await后面的代码也就是console.log('async1 end')加入到microtask中的Promise队列中,接着跳出async1函数来执行后面的代码。

    img

  4. script任务继续往下执行,遇到Promise实例。由于Promise中的函数是立即执行的,而后续的 .then 则会被分发到 microtask 的 Promise 队列中去。所以会先输出 promise1,然后执行 resolve,将 promise2 分配到对应队列。

    img

  5. script任务继续往下执行,最后只有一句输出了 script end,至此,全局任务就执行完毕了。

    根据上述,每次执行完一个宏任务之后,会去检查是否存在 Microtasks;如果有,则执行 Microtasks 直至清空 Microtask Queue。

    因而在script任务(宏任务)执行完毕之后,开始查找清空微任务队列。此时,微任务中, Promise 队列有的两个任务async1 endpromise2,因此按先后顺序输出 async1 end,promise2。当所有的 Microtasks (宏任务)执行完毕之后,表示第一轮的循环就结束了。

  6. 第二轮循环依旧从宏任务队列开始。此时宏任务中只有一个 setTimeout,取出直接输出即可,至此整个流程结束。

原题拓展变式

变式一

在第一个变式中我将async2中的函数也变成了Promise函数,代码如下:

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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');

可以先自己看看输出顺序会是什么,下面来公布结果:

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

在第一次macrotask执行完之后,也就是输出script end之后,会去清理所有microtask。所以会相继输出promise2async1 endpromise4,其余不再多说。

变式二

在第二个变式中,我将async1中await后面的代码和async2的代码都改为异步的,代码如下:

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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');

可以先自己看看输出顺序会是什么,下面来公布结果:

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script start
async1 start
promise1
script end
promise2
setTimeout3
setTimeout2
setTimeout1

在输出为promise2之后,接下来会按照加入setTimeout队列的顺序来依次输出,通过代码我们可以看到加入顺序为3 2 1,所以会按3,2,1的顺序来输出。

变式三

变式三是我在一篇面经中看到的原题,整体来说大同小异,代码如下:

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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')

无非是在微任务那块儿做点文章,前面的内容如果你都看懂了的话这道题一定没问题的,结果如下:

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

tips:注意该题还涉及到promise的直接执行的顺序(具体请查看)



本文只做整合理解,具体参考原文:

https://github.com/Advanced-Frontend/Daily-Interview-Question/issues/7

------------- 本文到此结束啦 感谢您的阅读 ♪(^∀^●)ノ -------------
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