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Description
从一道题浅说 JavaScript 的事件循环
注:本篇文章运行环境为当前最新版本的谷歌浏览器(72.0.3626.109)
最近看到这样一道有关事件循环的前端面试题:
//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。
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:
(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:
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。
这里感谢@chenjigeng的纠正:
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
async function async1() {
console.log('async1 start');
await async2();
console.log('async1 end');
}
等价于
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。
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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:
-
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: -
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,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,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。 -
第二轮循环开始,这个时候就会跳回async1函数中执行后面的代码,然后遇到了同步任务console
语句,直接输出async1 end
。这样第二轮的循环就结束了。(也可以理解为被加入到script任务队列中,所以会先与setTimeout队列执行) -
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:
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:
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:
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:
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:
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:
script start
a1 start
a2
promise2
script end
promise1
a1 end
promise2.then
promise3
setTimeout
Activity
[-]关于第10题题目的一些见解[/-][+]关于第10题的一些见解[/+]atheist1 commentedon Feb 12, 2019
有一个问题请教下,按您的说法是 macrotask -> microtask -> ui render这为一个event loop。
但是原来有看过 macrotask -> ui render -> microtask 这种说法。
所以对于vue的$nexttick实现就有些迷惑(2.6之前为了考虑边界问题之前有用到macrotask和microtask,2.6全部更改为microtask了),我原来的理解是如果兼容微任务队列则推入微任务队列,放在ui render之后执行(macro -> render -> cb),或者推入macrotask 放在后一个eventloop 执行(marcro-> render->micro -> cb),是这样实现nexttick方法的。
如果按照 macrotask -> microtask -> ui render这样的顺序话nexttick不直接用macro task实现推入下一个事件循环不就可以了吗
Carrie999 commentedon Feb 14, 2019
此问题难点在
async1 end
promise2
sisterAn commentedon Feb 16, 2019
一道面试题引发的血案,下面进入主题:
题目的本质,就是考察
setTimeout
、promise
、async await
的实现及执行顺序,以及JS的事件循环的相关问题。答案:
这里涉及到
Microtasks
、Macrotasks
、event loop 以及JS的异步运行机制。一、event loop
JS主线程不断的循环往复的从任务队列中读取任务,执行任务,这中运行机制称为事件循环(event loop)。
二、Microtasks、Macrotasks
Microtasks和Macrotasks是异步任务的一种类型,
Microtasks
的优先级要高于Macrotasks
,下面是它们所包含的api:注意:
三、异步运行机制
我们已知, JS 是单线程的,至于为什么,详见https://blog.csdn.net/lunahaijiao/article/details/85329510。
下面看一个例子:
JS 主线程拥有一个 执行栈(同步任务) 和 一个 任务队列(microtasks queue),主线程会依次执行代码,
这就是 JS的异步执行机制
四、async await、Promise、setTimeout
setTimeout
Promise
Promise本身是同步的立即执行函数, 当在executor中执行resolve或者reject的时候, 此时是异步操作, 会先执行then/catch等,当主栈完成后,才会去调用resolve/reject中存放的方法执行,打印p的时候,是打印的返回结果,一个Promise实例。
当JS主线程执行到Promise对象时,
promise1.then() 的回调就是一个 task
promise1 是 resolved或rejected: 那这个 task 就会放入当前事件循环回合的 microtask queue
promise1 是 pending: 这个 task 就会放入 事件循环的未来的某个(可能下一个)回合的 microtask queue 中
setTimeout 的回调也是个 task ,它会被放入 macrotask queue 即使是 0ms 的情况
async await
async 函数返回一个 Promise 对象,当函数执行的时候,一旦遇到 await 就会先返回,等到触发的异步操作完成,再执行函数体内后面的语句。可以理解为,是让出了线程,跳出了 async 函数体。
举个例子:
很显然,func1的运行结果其实就是一个Promise对象。因此我们也可以使用then来处理后续逻辑。
await的含义为等待,也就是 async 函数需要等待await后的函数执行完成并且有了返回结果(Promise对象)之后,才能继续执行下面的代码。await通过返回一个Promise对象来实现同步的效果。
参考: 一道题引发的EventLoop思考
理解 JavaScript 中的 macrotask 和 microtask
本文始发于我的博客:setTimeout、Promise、Async/Await
ZERO-Ling commentedon Feb 18, 2019
在chrome下执行,async1 end 先于 promise2
xrxv5 commentedon Feb 18, 2019
老哥,变式一里面的promise4 和 async1 end 的顺序是不是反了?
zuoqi705 commentedon Feb 18, 2019
文章已按照最新版本谷歌浏览器的环境所运行的结果修改,感谢你的指正~
zuoqi705 commentedon Feb 18, 2019
文章已按照最新版本谷歌浏览器的环境所运行的结果修改,感谢你的指正~
chenjigeng commentedon Feb 18, 2019
**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后面的函数会先执行一遍,然后就会跳出整个async函数来执行后面的代码。等本轮事件循环执行完了之后又会跳回到async函数中执行后面的代码。
那么async在await后,它是属于macro task还是micro task。
如果是micro task,为什么会比promose慢,如果是macro task,为什么会比settimeout快?
zuoqi705 commentedon Feb 18, 2019
取决于async函数里面的内容,里面是同步代码就立即执行,异步就加入到任务队列。文章中有写,变式2也有论证~
chenjigeng commentedon Feb 18, 2019
我说的是await后面的代码,比如下面这个:

zuoqi705 commentedon Feb 18, 2019
这里的
console.log('async1 end')
是属于macrotask中的script队列中的,因为script队列在setTimout队列前面,所以会比setTimout先输出。也可以理解为是同步代码,所以先输出。(老哥发现好像是校友啊...)chenjigeng commentedon Feb 18, 2019
我刚才做了个测试。让async2里面卡死2s,这个时候外部的settimeout的macro task应该先加入了任务队列?可是实际上输出还是settimeout最后输出。(校友好
chenjigeng commentedon Feb 18, 2019
如果按照你的解释的话,现在的关键就是,setTimeout(fn, 0)是什么时候加入到macro task,如果async2函数里执行的时间过长,会不会导致setTimeout比script 更快加入到macro task里。导致结果不一样
zuoqi705 commentedon Feb 18, 2019
你加的那段代码还是属于同步代码啊,就还是属于script队列中的,所以肯定会阻塞后面setTimeout执行的。
71 remaining items
zsjun commentedon Mar 2, 2021
script start
async1 start
async2
promise1
script end
async1 end
promise2
setTimeout
zsjun commentedon Mar 2, 2021
属于micro task,加入到微任务队列不就比promose慢吗
WayneGongCN commentedon Mar 2, 2021
我是这样理解的 await 的:
await 后面的函数,就像是 Promise 接收的 executor 参数一样,都是立即同步执行的;
await 函数之后的代码,就像是 Promise.then 的回调一样,都属于是 micro task;
jiangyanglove commentedon Jul 25, 2021
我感觉这样写更能体现出宏任务微任务之间的关系
shifengdiy commentedon Jul 29, 2021
主调用栈流程:
所以打印顺序为
yaoocheng commentedon Nov 10, 2021
node环境这俩是反的,chrome运行是对的,不懂了
Yangfan2016 commentedon Aug 23, 2022
难点在 于 await 后面的代码
等价于
wangmeihong1234 commentedon Aug 23, 2022
Fatty-Shu commentedon Aug 23, 2022
xiao-1027 commentedon Sep 7, 2023
promise是同步代码,promise.then是微任务,await后面的属于微任务了
Fatty-Shu commentedon Sep 7, 2023
wangmeihong1234 commentedon Sep 7, 2023