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第8题:常见异步笔试题 浅说 JavaScript 的事件循环

2019-06-20 分类:每日·壹题 作者:林夕 阅读(888)

本文共计5412个字,预计阅读时长需要14分钟。

从一道题浅说JavaScript的事件循环,最近看到这样一道有关事件循环的前端面试题:

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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
*/

这道题主要考察的是事件循环中函数执行顺序的问题,其中包括async,await,setTimeout,Promise函数。下面来说一下本题中涉及到的知识点。

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。

任务队列图

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:

运行机制

Promise和async中的立即执行

我们知道Promise中的异步体现在then和catch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后面的表达式会先执行一遍,将await后面的代码加入到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。所以对于本题中的

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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。

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:

事件循环从宏任务(macrotask)队列开始

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:

async函数

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。

script 任务继续往下执行,执行了async1()函数

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。

script任务继续往下执行,遇到Promise实例

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 end和promise2,因此按先后顺序输出async1 end,promise2。当所有的Microtasks执行完毕之后,表示第一轮的循环就结束了。

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。

下面我会改变一下代码来加深印象。

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promise2,async1 end,promise4,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:
[cc lang="html"]script start
a1 start
a2
promise2
script end
promise1
a1 end
promise2.then
promise3
setTimeout[cc]

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