浏览器的事件循环(Event Loop)

2017-08-11

本文围绕浏览器的事件循环，而node.js有自己的另一套事件循环机制，不在本文讨论范围。网上的许多相关技术文章提到了`process.nextTick`和`setImmediate`两个node.js的API，这里不予讨论。

先看HTML标准的一系列解释：

为了协调事件（event），用户交互（user interaction），脚本（script），渲染（rendering），网络（networking）等，用户代理（user agent）必须使用事件循环（event loops）。

有两类事件循环：一种针对浏览上下文（browsing context），还有一种针对worker（web worker）。

现在我们知道了浏览器运行时有一个叫事件循环的机制。

一个事件循环有一个或者多个任务队列（task queues）。任务队列是task的有序列表，这些task是以下工作的对应算法：Events，Parsing，Callbacks，Using a resource，Reacting to DOM manipulation。

每一个任务都来自一个特定的任务源（task source）。所有来自一个特定任务源并且属于特定事件循环的任务，通常必须被加入到同一个任务队列中，但是来自不同任务源的任务可能会放在不同的任务队列中。

举个例子，用户代理有一个处理鼠标和键盘事件的任务队列。用户代理可以给这个队列比其他队列多3/4的执行时间，以确保交互的响应而不让其他任务队列饿死（starving），并且不会乱序处理任何一个任务队列的事件。

每个事件循环都有一个进入microtask检查点（performing a microtask checkpoint）的flag标志，这个标志初始为false。它被用来组织反复调用‘进入microtask检查点’的算法。

总结一下，一个事件循环里有很多个任务队列（task queues）来自不同任务源，每一个任务队列里的任务是严格按照先进先出的顺序执行的，但是不同任务队列的任务的执行顺序是不确定的。按我的理解就是，浏览器会自己调度不同任务队列。网上很多文章会提到macrotask这个概念，其实就是指代了标准里阐述的task。

标准同时还提到了microtask的概念，也就是微任务。看一下标准阐述的事件循环的进程模型：

选择当前要执行的任务队列，选择一个最先进入任务队列的任务，如果没有任务可以选择，则会跳转至microtask的执行步骤。

将事件循环的当前运行任务设置为已选择的任务。

运行任务。

将事件循环的当前运行任务设置为null。

将运行完的任务从任务队列中移除。

microtasks步骤：进入microtask检查点（performing a microtask checkpoint ）。

更新界面渲染。

返回第一步。

执行进入microtask检查点时，用户代理会执行以下步骤：

设置进入microtask检查点的标志为true。

当事件循环的微任务队列不为空时：选择一个最先进入microtask队列的microtask；设置事件循环的当前运行任务为已选择的microtask；运行microtask；设置事件循环的当前运行任务为null；将运行结束的microtask从microtask队列中移除。

对于相应事件循环的每个环境设置对象（environment settings object）,通知它们哪些promise为rejected。

清理indexedDB的事务。

设置进入microtask检查点的标志为false。

现在我们知道了。在事件循环中，用户代理会不断从task队列中按顺序取task执行，每执行完一个task都会检查microtask队列是否为空（执行完一个task的具体标志是函数执行栈为空），如果不为空则会一次性执行完所有microtask。然后再进入下一个循环去task队列中取下一个task执行...

那么哪些行为属于task或者microtask呢？标准没有阐述，但各种技术文章总结都如下：

macrotasks: script(整体代码), setTimeout, setInterval, setImmediate, I/O, UI rendering
microtasks: process.nextTick, Promises, Object.observe(废弃), MutationObserver

来看一个例子：

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');

（代码来自Tasks, microtasks, queues and schedules，推荐观看原文的代码可视化执行步骤）

如果你测试的浏览器支持的Promise不支持Promise/A+标准，或是你使用了其他Promise polyfill，运行结果可能有差异。

运行结果是：

script start
script end
promise1
promise2
setTimeout

解释一下过程：

一开始task队列中只有script，则script中所有函数放入函数执行栈执行，代码按顺序执行。
接着遇到了setTimeout,它的作用是0ms后将回调函数放入task队列中，也就是说这个函数将在下一个事件循环中执行（注意这时候setTimeout执行完毕就返回了）。
接着遇到了Promise，按照前面所述Promise属于microtask，所以第一个.then()会放入microtask队列。
当所有script代码执行完毕后，此时函数执行栈为空。开始检查microtask队列，此时队列不为空,执行.then()的回调函数输出'promise1'，由于.then()返回的依然是promise,所以第二个.then()会放入microtask队列继续执行,输出'promise2'。
此时microtask队列为空了，进入下一个事件循环，检查task队列发现了setTimeout的回调函数，立即执行回调函数输出'setTimeout'，代码执行完毕。

继续看一个更有趣的例子：

HTML代码：

<div class="outer">
  <div class="inner"></div>
</div>

JavaScript代码：

// Let's get hold of those elements
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);

（代码来自Tasks, microtasks, queues and schedules，推荐观看原文的代码可视化执行步骤）点击内框后，结果如下：

click
promise
mutate
click
promise
mutate
timeout
timeout

解释一下过程：点击inner输出'click'，Promise和设置outer属性会依次把Promise和MutationObserver推入microtask队列，setTimeout则会推入task队列。此时执行栈为空，虽然后面还有冒泡触发，但是此时microtask队列会先执行，所以依次输入'promise'和'mutate'。接下来事件冒泡再次触发事件，过程和开始一样。接着代码执行完毕，此时进入下一次事件循环，执行task队列中的任务，输出两个'timeout'。

好了，如果你理解了这个，那么现在换一下事件触发的方式。在上面的代码后面加上

inner.click()

思考看看会有什么不同。

运行结果：

click
click
promise
mutate
promise
timeout
timeout

造成这个差异的结果是什么呢？因为第一次执行完第一个click事件后函数执行栈并不为空。具体代码运行解释，可以查看Tasks, microtasks, queues and schedules。

本文参考： html.spec.whatwg.org difference-between-javascript-macrotask-and-microtask Event loop

墙裂建议大家阅读HTML标准里阐述的Event Loop，欢迎指正和建议。

浏览器的事件循环(Event Loop)

本文围绕浏览器的事件循环，而node.js有自己的另一套事件循环机制，不在本文讨论范围。网上的许多相关技术文章提到了process.nextTick和setImmediate两个node.js的API，这里不予讨论。

本文围绕浏览器的事件循环，而node.js有自己的另一套事件循环机制，不在本文讨论范围。网上的许多相关技术文章提到了`process.nextTick`和`setImmediate`两个node.js的API，这里不予讨论。