JavaScript篇章

JavaScript执行过程Event Loop

2019-11-30  本文已影响0人  CodeMT

前言

Event Loop即事件循环，是指浏览器或Node的一种解决javaScript单线程运行时不会阻塞的一种机制，也就是我们经常使用异步的原理。

为啥要弄懂Event Loop

堆，栈、队列

堆（Heap）

堆是一种数据结构，是利用完全二叉树维护的一组数据，堆分为两种，一种为最大堆，一种为最小堆，将根节点最大的堆叫做最大堆或大根堆，根节点最小的堆叫做最小堆或小根堆。
堆是线性数据结构，相当于一维数组，有唯一后继。

如最大堆

栈（Stack）

栈在计算机科学中是限定仅在表尾进行插入或删除操作的线性表。 栈是一种数据结构，它按照后进先出的原则存储数据，先进入的数据被压入栈底，最后的数据在栈顶，需要读数据的时候从栈顶开始弹出数据。
栈是只能在某一端插入和删除的特殊线性表。

队列（Queue）

Event Loop

在JavaScript中，任务被分为两种，一种宏任务（MacroTask）也叫Task，一种叫微任务（MicroTask）。

MacroTask（宏任务）

script全部代码、setTimeout、setInterval、setImmediate（浏览器暂时不支持，只有IE10支持，具体可见MDN）、I/O、UI Rendering。

MicroTask（微任务）

Process.nextTick（Node独有）、Promise、Object.observe(废弃)、MutationObserver（具体使用方式查看这里）

浏览器中的Event Loop

Javascript 有一个 main thread 主线程和 call-stack 调用栈(执行栈)，所有的任务都会被放到调用栈等待主线程执行。

JS调用栈

JS调用栈采用的是后进先出的规则，当函数执行的时候，会被添加到栈的顶部，当执行栈执行完成后，就会从栈顶移出，直到栈内被清空。

同步任务和异步任务

Javascript单线程任务被分为同步任务和异步任务，同步任务会在调用栈中按照顺序等待主线程依次执行，异步任务会在异步任务有了结果后，将注册的回调函数放入任务队列中等待主线程空闲的时候（调用栈被清空），被读取到栈内等待主线程的执行。

任务队列Task Queue，即队列，是一种先进先出的一种数据结构。

事件循环的进程模型

执行进入microtask检查点时，用户代理会执行以下步骤：

举个例子

console.log('script start');

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

Promise.resolve().then(function() {
  console.log('promise1');
}).then(function() {
  console.log('promise2');
});
console.log('script end');

首先我们划分几个分类：

第一次执行：

Tasks：run script、 setTimeout callback

Microtasks：Promise then 

JS stack: script    
Log: script start、script end。

执行同步代码，将宏任务（Tasks）和微任务(Microtasks)划分到各自队列中。

第二次执行：

Tasks：run script、 setTimeout callback

Microtasks：Promise2 then    

JS stack: Promise2 callback 
Log: script start、script end、promise1、promise2

执行宏任务后，检测到微任务(Microtasks)队列中不为空，执行Promise1，执行完成Promise1后，调用Promise2.then，放入微任务(Microtasks)队列中，再执行Promise2.then。

第三次执行：

Tasks：setTimeout callback

Microtasks： 

JS stack: setTimeout callback
Log: script start、script end、promise1、promise2、setTimeout

当微任务(Microtasks)队列中为空时，执行宏任务（Tasks），执行setTimeout callback，打印日志。

第四次执行：

Tasks：setTimeout callback

Microtasks： 

JS stack: 
Log: script start、script end、promise1、promise2、setTimeout

清空Tasks队列和JS stack。

以上执行帧动画可以查看Tasks, microtasks, queues and schedules
或许这张图也更好理解些。

再举个例子

console.log('script start')

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

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')

这里需要先理解async/await。

async/await 在底层转换成了 promise 和 then 回调函数。
也就是说，这是 promise 的语法糖。
每次我们使用 await, 解释器都创建一个 promise 对象，然后把剩下的 async 函数中的操作放到 then 回调函数中。
async/await 的实现，离不开 Promise。从字面意思来理解，async 是“异步”的简写，而 await 是 async wait 的简写可以认为是等待异步方法执行完成。

关于73以下版本和73版本的区别

主要原因是因为在谷歌(金丝雀)73版本中更改了规范，如下图所示：

在老版本中

引用贺老师知乎上的一个例子

async function f() {
  await p
  console.log('ok')
}

简化理解为：

function f() {
  return RESOLVE(p).then(() => {
    console.log('ok')
  })
}

谷歌（金丝雀）73版本中

详细过程：

73以下版本

谷歌（金丝雀73版本）

具体详情查看（这里）。

NodeJS的Event Loop

Node中的Event Loop是基于libuv实现的，而libuv是 Node 的新跨平台抽象层，libuv使用异步，事件驱动的编程方式，核心是提供i/o的事件循环和异步回调。libuv的API包含有时间，非阻塞的网络，异步文件操作，子进程等等。 Event Loop就是在libuv中实现的。

Node的Event loop一共分为6个阶段，每个细节具体如下：

具体细节如下：

timers

执行setTimeout和setInterval中到期的callback，执行这两者回调需要设置一个毫秒数，理论上来说，应该是时间一到就立即执行callback回调，但是由于system的调度可能会延时，达不到预期时间。

以下是官网文档解释的例子：

const fs = require('fs');

function someAsyncOperation(callback) {
  // Assume this takes 95ms to complete
  fs.readFile('/path/to/file', callback);
}

const timeoutScheduled = Date.now();

setTimeout(() => {
  const delay = Date.now() - timeoutScheduled;

  console.log(`${delay}ms have passed since I was scheduled`);
}, 100);

// do someAsyncOperation which takes 95 ms to complete
someAsyncOperation(() => {
  const startCallback = Date.now();

  // do something that will take 10ms...
  while (Date.now() - startCallback < 10) {
    // do nothing
  }
});

以下是我测试时间：

pending callbacks

此阶段执行某些系统操作（例如TCP错误类型）的回调。 例如，如果TCP socket ECONNREFUSED在尝试connect时receives，则某些* nix系统希望等待报告错误。 这将在pending callbacks阶段执行。

poll

该poll阶段有两个主要功能：

当事件循环进入poll阶段并且在timers中没有可以执行定时器时，将发生以下两种情况之一

如果poll队列为空，则会发生以下两种情况之一

当然设定了 timer 的话且 poll 队列为空，则会判断是否有 timer 超时，如果有的话会回到 timer 阶段执行回调。

check

此阶段允许人员在poll阶段完成后立即执行回调。

console.log('start')
setTimeout(() => {
  console.log('timer1')
  Promise.resolve().then(function() {
    console.log('promise1')
  })
}, 0)
setTimeout(() => {
  console.log('timer2')
  Promise.resolve().then(function() {
    console.log('promise2')
  })
}, 0)
Promise.resolve().then(function() {
  console.log('promise3')
})
console.log('end')

如果node版本为v11.x， 其结果与浏览器一致。

start
end
promise3
timer1
promise1
timer2
promise2

具体详情可以查看《又被node的eventloop坑了，这次是node的锅》。

如果v10版本上述结果存在两种情况：

start
end
promise3
timer1
timer2
promise1
promise2

start
end
promise3
timer1
promise1
timer2
promise2

具体情况可以参考poll阶段的两种情况。

从下图可能更好理解：

setImmediate() 的setTimeout()的区别

setImmediate和setTimeout()是相似的，但根据它们被调用的时间以不同的方式表现。

举个例子

setTimeout(() => {
  console.log('timeout');
}, 0);

setImmediate(() => {
  console.log('immediate');
});

执行定时器的顺序将根据调用它们的上下文而有所不同。 如果从主模块中调用两者，那么时间将受到进程性能的限制。
其结果也不一致

如果在I / O周期内移动两个调用，则始终首先执行立即回调：

const fs = require('fs');

fs.readFile(__filename, () => {
  setTimeout(() => {
    console.log('timeout');
  }, 0);
  setImmediate(() => {
    console.log('immediate');
  });
});

其结果可以确定一定是immediate => timeout。
主要原因是在I/O阶段读取文件后，事件循环会先进入poll阶段，发现有setImmediate需要执行，会立即进入check阶段执行setImmediate的回调。
然后再进入timers阶段，执行setTimeout，打印timeout。

   ┌───────────────────────────┐
┌─>│           timers          │
│  └─────────────┬─────────────┘
│  ┌─────────────┴─────────────┐
│  │     pending callbacks     │
│  └─────────────┬─────────────┘
│  ┌─────────────┴─────────────┐
│  │       idle, prepare       │
│  └─────────────┬─────────────┘      ┌───────────────┐
│  ┌─────────────┴─────────────┐      │   incoming:   │
│  │           poll            │<─────┤  connections, │
│  └─────────────┬─────────────┘      │   data, etc.  │
│  ┌─────────────┴─────────────┐      └───────────────┘
│  │           check           │
│  └─────────────┬─────────────┘
│  ┌─────────────┴─────────────┐
└──┤      close callbacks      │
   └───────────────────────────┘

Process.nextTick()

process.nextTick()虽然它是异步API的一部分，但未在图中显示。这是因为process.nextTick()从技术上讲，它不是事件循环的一部分。

换种理解方式：

例子

let bar;

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

setImmediate(() => {
  console.log('setImmediate');
})
function someAsyncApiCall(callback) {
  process.nextTick(callback);
}

someAsyncApiCall(() => {
  console.log('bar', bar); // 1
});

bar = 1;

在NodeV10中上述代码执行可能有两种答案，一种为：

bar 1
setTimeout
setImmediate

另一种为：

bar 1
setImmediate
setTimeout

无论哪种，始终都是先执行process.nextTick(callback)，打印bar 1。

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