一、任务队列
同步任务与异步任务的由来
单线程就意味着,所有任务需要排队,前一个任务结束,才会执行后一个任务。如果前一个任务耗时很长,后一个任务就不得不一直等着。
如果排队是因为计算量大,CPU 忙不过来,倒也算了,但是很多时候 CPU 是闲着的,因为 IO 设备(输入输出设备)很慢(比如 Ajax 操作从网络读取数据),不得不等着结果出来,再往下执行。
JavaScript 语言的设计者意识到,这时主线程完全可以不管 IO 设备,挂起处于等待中的任务,先运行排在后面的任务。等到 IO 设备返回了结果,再回过头,把挂起的任务继续执行下去。
于是,所有任务可以分成两种,一种是同步任务(synchronous),另一种是异步任务(asynchronous)。
同步任务与异步任务的定义
同步任务指的是,在主线程上排队执行的任务,只有前一个任务执行完毕,才能执行后一个任务;
异步任务指的是,不进入主线程、而进入 ” 任务队列 ”(task queue)的任务,只有 ” 任务队列 ” 通知主线程,某个异步任务可以执行了,该任务才会进入主线程执行。
异步执行的运行机制
具体来说,异步执行的运行机制如下。(同步执行也是如此,因为它可以被视为没有异步任务的异步执行。)
(1)所有同步任务都在主线程上执行,形成一个执行栈(execution context stack)。
(2)主线程之外,还存在一个 ” 任务队列 ”(task queue)。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。
(3)一旦 ” 执行栈 ” 中的所有同步任务执行完毕,系统就会读取 ” 任务队列 ”,看看里面有哪些事件。那些对应的异步任务,于是结束等待状态,进入执行栈,开始执行。
(4)主线程不断重复上面的第三步。
只要主线程空了,就会去读取 ” 任务队列 ”,这就是 JavaScript 的运行机制。这个过程会不断重复。
举个例子:
console.log(“1”);
setTimeout(()=>{
console.log(“2”);
},0);
console.log(“3”);
// 1
// 3
// 2
运行结果是:1、3、2setTimeout 里的函数并没有立即执行,而是延迟一段时间,符合特定的条件才开始执行,这就是异步执行操作。
console.log(“1”) // 是同步任务,放入主线程,
setTimeout() // 是异步任务,被放入事件列表 Event table 中,0 秒后被推入任务队列 task queue 里,
console.log(“3”) // 是同步任务,放入主线程
// 当 1、3 任务先执行完后,主线程去 task queue(事件队列)里查看是否有可执行的函数,执行 setTimeout 里的函数。
二、事件和回调函数
“ 任务队列 ” 是一个事件的队列(也可以理解成消息的队列),IO 设备完成一项任务,就在 ” 任务队列 ” 中添加一个事件,表示相关的异步任务可以进入 ” 执行栈 ” 了。主线程读取 ” 任务队列 ”,就是读取里面有哪些事件。
“ 任务队列 ” 中的事件,除了 IO 设备的事件以外,还包括一些用户产生的事件(比如鼠标点击、页面滚动等等)。只要指定过回调函数,这些事件发生时就会进入 ” 任务队列 ”,等待主线程读取。
所谓 ” 回调函数 ”(callback),就是那些会被主线程挂起来的代码。异步任务必须指定回调函数,当主线程开始执行异步任务,就是执行对应的回调函数。
“ 任务队列 ” 是一个先进先出的数据结构,排在前面的事件,优先被主线程读取。主线程的读取过程基本上是自动的,只要执行栈一清空,” 任务队列 ” 上第一位的事件就自动进入主线程。但是,由于存在后文提到的 ” 定时器 ” 功能,主线程首先要检查一下执行时间,某些事件只有到了规定的时间,才能返回主线程。
三、Event Loop
主线程从 ” 任务队列 ” 中读取事件,这个过程是循环不断的,所以整个的这种运行机制又称为 Event Loop(事件循环)。
主线程运行的时候,产生堆(heap)和栈(stack),heap(堆):是用户主动请求而划分出来的内存区域,比如你 new Object(),就是将一个对象存入堆中,可以理解为 heap 存对象。stack(栈):是由于函数运行而临时占用的内存区域,函数都存放在栈里。
栈中的代码调用各种外部 API,它们在 ” 任务队列 ” 中加入各种事件(click,load,done)。(当满足触发条件后才加入队列,如 ajax 请求完毕)
而当栈中的代码执行完毕,主线程就会去读取 ” 任务队列 ”,依次执行那些事件所对应的回调函数。如此循环
【注意,总是要等待栈中的代码执行完毕后才会去读取事件队列中的事件】
四、宏任务和微任务
JS 中分为两种任务类型:宏任务 macro task 和微任务 micro task,在 ECMAScript 中,micro task 称为 jobs,macro task 可称为 task
宏任务与微任务的定义
1)宏任务(macro task),可以理解为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)每一个 task 会从头到尾将这个任务执行完毕,不会执行其它
浏览器为了能够使得 JS 内部 task 与 DOM 任务能够有序的执行,会在一个 task 执行结束后,在下一个 task 执行开始前,对页面进行重新渲染(task-> 渲染 ->task->…)
2)微任务(micro task),可以理解为在当前 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 macro task 执行完后,就会将在它执行期间产生的所有 micro task 都执行完毕(在渲染前)
常见的宏任务和微任务:
1)宏任务(macro task):主代码块,setTimeout,setInterval,I/O、UI 交互事件、postMessage、MessageChannel、setImmediate(node.js 环境)等(可以看到,事件队列中的每一个事件都是一个宏任务)
2)微任务(micro task):Promise.then、MutaionObserver、MessageChannel、process.nextTick(node.js 环境)等
__补充:在 node 环境下,process.nextTick 的优先级高于 Promise,也就是可以简单理解为:在宏任务结束后会先执行微任务队列中的 nextTickQueue 部分,然后才会执行微任务中的 Promise 部分。
再根据线程来理解下:宏任务(macro task)中的事件都是放在一个事件队列中的,而这个队列由事件触发线程维护微任务(micro task)中的所有微任务都是添加到微任务队列(Job Queues)中,等待当前宏任务执行完毕后执行,而这个队列由 JS 引擎线程维护
所以,总结下运行机制:
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)
举个例子:
setTimeout(()=>{
console.log(“ 定时器开始执行 ”);
})
new Promise(function(resolve){
console.log(“ 准备执行 for 循环了 ”);
for(var i=0;i<100;i++){
i==22&&resolve();
}
}).then(()=>console.log(“ 执行 then 函数 ”));
console.log(“ 代码执行完毕 ”);
// 首先执行 script 下的宏任务, 遇到 setTimeout, 将其放到宏任务的【队列】里
// 遇到 new Promise 直接执行, 打印 ” 准备执行 for 循环 ”
// 遇到 then 方法, 是微任务, 将其放到微任务的【队列里】
// 打印 “ 代码执行完毕 ”
// 本轮宏任务执行完毕, 查看本轮的微任务, 发现有一个 then 方法里的函数, 打印 ” 执行 then 函数 ”
// 到此, 本轮的 event loop 全部完成。
// 下一轮的循环里, 先执行一个宏任务, 发现宏任务的【队列】里有一个 setTimeout 里的函数, 执行打印 ” 定时器开始执行 ”
所以最后的执行顺序就是:【准备执行 for 循环 –> 代码执行完毕 –> 执行 then 函数 –> 定时器开始执行】