前言

本文是对于异步系列第一篇里提到的evenloop模型中，所提到的任务队列(task queues)的展开分析

正文

说明：以下代码均使用chrome浏览器运行 关于浏览器表现的差异在最后做补充。

引子-奇怪的执行顺序

先看一个典型的例子:

console.log('script start')// 第一个异步任务setTimeout(()=>{    console.log('setTimeout')},0)// 第二个异步任务Promise.resolve().then(()=>{    console.log('promise1')}).then(()=>{   console.log('promise2');})console.log('script end')// 实际输出结果： // script start// script end// promise1// promise2// setTimeout

根据之前说过的evenloop模型，先输出script start和script end，但是接下来却发现，先执行了Promise指定的callback而不是setTimeout的callback。

两种任务队列(microtask queue&macrotask queue)

在之前讨论evenloop模型时，提到了任务队列有2种类型:microtask queue和macrotask queue，他们的区别在于:

  • macrotask的执行：是在evenloop的每次循环过程，取出macrotask queue中可执行的第一个（注意不一定是第一个，因为我们说过例如setTimeout可以指定任务被执行的最少延迟时间，当前macrotask queue的首位保存的任务可能还没有到执行时间，所以queue只是代表callback插入的顺序，不代表执行时也要按照这个顺序）。
  • microtask的执行：在evenloop的每次循环过程之后,如果当前的执行栈(call stack)为空，那么执行microtask queue中所有可执行的任务

（某些文献内容中 直接把macrotask称为task,或者某些中文文章中把它们翻译成"微任务"和"宏任务"，含义都是相似的：macrotask或者task代表相对单独占据evenloop过程一次循环的任务，而microtask有可能在一次循环中执行多个）

现在回头来解析前面的例子：

  1. 第一次执行主函数，输出script start
  2. 遇到setTimeout，将对应的callback插入macrotask queue
  3. 遇到promise，将对应的callback插入microtask queue
  4. 输出script end，主函数运行结束，执行栈清空，此时开始检查microtask queue，发现里面有可运行的任务，因此按顺序输出promise1和promise2
  5. microtask queue执行完，开始新一轮循环，从macrotask queue取出setTimeout任务并执行，输出setTimeout
  6. 结束，呈现上面的输出结果。

常见异步操作对应的回调函数任务类型如下：

  • macrotask: setTimeout, setInterval, setImmediate, requestAnimationFrame, I/O, UI rendering
  • microtask: process.nextTick, Promises, Object.observe, MutationObserver

大概可以这样区分：和html交互密切相关的异步操作，一般是macrotasks；由emcascript的相关接口返回的异步操作，一般是microtasks

如何判断执行顺序

接下来看一个更复杂的例子，帮助理解不同异步任务的执行顺序

<style>    .outer {        padding: 30px;        background-color: aqua;    }    .inner {        height: 100px;        background-color: brown;    }</style><body>    <div class="outer">outer         <div class="inner">inner</div>     </div></body><script>    var outer = document.querySelector('.outer');    var inner = document.querySelector('.inner');    // Let's listen for attribute changes on the    // outer element    new MutationObserver(function () {        console.log('mutate');    }).observe(outer, {        attributes: true    });    // Here's a click listener…    function onClick() {        console.log('click');        setTimeout(function () {            console.log('timeout');        }, 0);        Promise.resolve().then(function () {            console.log('promise');        });        outer.setAttribute('data-random', Math.random());    }    // …which we'll attach to both elements    inner.addEventListener('click', onClick);    outer.addEventListener('click', onClick);

运行以上代码，可以在浏览器看到两个嵌套的div（如图）:

点击inner部分，打开chrome的调试器，可以看到console打出的结果是:

click promise mutate click promise mutate timeout timeout

接下来分析运行过程 (建议配合单步调试进行分析)：

  1. 点击inner,触发对应的onClick事件，此时inner对应的onClick函数进入执行栈
  2. 运行console.log('click'),输出click
  3. 运行setTimeout,macrotask queue添加对应的console函数
  4. 运行Promise，此时microtask queue添加对应的console函数
  5. 运行outer.setAttribute,触发MutationObserver,microtask queue添加对应的console函数（前面注明了MutationObserver创建的回调任务类型是microtask）
  6. 当前函数执行完毕，由于执行栈清空，此时开始调度microtask queue，因此依次输出promise和mutate，此时当前执行栈call stack和microtask queue均为空，但是macrotask queue里依然存储着两个东西--inner的Click触发的任务，以及先前setTimeout的回调函数。
  7. inner的onclick函数虽然执行完毕，但是由于事件冒泡，紧接着要触发outer的onClick的执行函数，因此setTimeout的回调暂时还无法执行。
  8. outer的onClick函数执行过程，重复前面的2-5步骤，因此再次输出click promise mutate
  9. 此时执行栈call stack和microtask queue均为空，macrotask queue存储着两个setTimeout的回调函数。，根据evenloop模型，开始分别执行这两个task，于是输出了两个timeout
  10. 结束。

再次建议在调试器查看上面的步骤，尤其要注意观察call stack、microtask queue macrotask queue的变化，会更加直观

如果已经理解了上面的例子，在上面的基础上，我们把点击inner部分的这个操作，改成直接在js代码的末尾加上innner.click()，结果是否一致呢？

控制台的结果:
click click promise mutate promise timeout timeout

与前一次的结果完全不同！
接下来再次进入调试分析:

  1. 由于是直接执行inner.click(),这次进入inner绑定的onclick函数时，与前面是有所不同的:通过chrome调试器可以看到，此时的call stack有两层-除了onClick函数之外，还有一层匿名函数，这层函数其实就是整个script，相当于window.onload绑定的处理函数。 这是很关键的一点，因为前面的例子的执行顺序是：页面加载后先运行了整个匿名函数，之后该函数出栈，到点击时触发inner的onclcik，此时onClick对应的函数进栈。这一个区别导致了整个执行结果的差异。两次执行到onclick时的callstck区别如图：

点击触发：

代码直接触发

  1. 接下来重复前面例子中，步骤2-5，输出一个click
  2. inner的onClick函数执行完毕，但是这次执行栈并未清空，因为当前匿名函数还在执行栈里，因此无法开始调度microtask queue！！！（前面说了microtask queue的调度必须在当前执行栈为空的情况下），因此这时候会先进入冒泡事件触发的onClick
  3. 类似的，输出clcik之后，promise的回调函数进入microtask queue
  4. 运行outer.setAttribute,触发MutationObserver,但是此时microtask queue无法再次添加对应的回调函数了，因为已经有一个存在的监听函数在pengding
  5. 两个onclick执行完毕，执行栈清空，接下来开始调度microtask queue,输出promise mutate promise
  6. 此时当前执行栈call stack和microtask queue均为空，macrotask queue存储着两个setTimeout的回调函数。
  7. 结束

这两个例子的对比，着重说明了一点:microtask queue存储的任务，必须要在当前函数执行栈为空时才会开始调度
，完整内容可参见html标准中的8.1.4部分

结论

  1. macrotask会按顺序执行，并且有可能被中途插入浏览器render，例如上面的冒泡事件

  2. microtask的执行有两个条件：

    1. 在每个macrotask结束之后
    2. 当前call stack为空

ps:浏览器差异

上述代码在chrome的浏览器下测试结果，可能和在某些版本的firefox和ie浏览器下不一致，在某些浏览器中可能会把promise的回调函数当做mascrotask，但是:

普遍的共识把 Promise当做是miscrotask，并且有比较充分的理由：如果把promose当做是task(即mascrotask)将会导致一些性能问题--因为task的调度是可以被其他task相关的任务如Render打断，还会因为与其他任务源的交互导致不确定性。

参考文献

  1. Tasks, microtasks, queues and schedules
  2. HTML Living Standard

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