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從Promise來看JavaScript中的Event Loop、Tasks和Microtasks

前幾天面試的時候,碰到了這樣一個題:

說出下列程式碼的執行結果:

setTimeout(function () {
    console.log(1)
}, 0);
 
new Promise(function executor(resolve) {
        resolve();
}).then(function () {
    console.log(2);
});   //2,1

(function test() {
 setTimeout(function() {console.log(4)}, 0);
 new Promise(function executor(resolve) {
 console.log(1);
 for( var i=0 ; i<10000 ; i++ ) {
 i == 9999 && resolve();
 }
 console.log(2);
 }).then(function() {
 console.log(5);
 });
 console.log(3);
})()  //1,2,3,5,4

為了弄清楚執行結果的原因,我們要從JS的Event Loop說起,參考了網上的一些文件,按照我自己的理解整理如下:

一、為什麼JavaScript是單執行緒

JavaScript語言的一大特點就是單執行緒,也就是說,同一個時間只能做一件事。那麼,為什麼JavaScript不能有多個執行緒呢?這樣能提高效率啊。

JavaScript的單執行緒,與它的用途有關。作為瀏覽器指令碼語言,JavaScript的主要用途是與使用者互動,以及操作DOM。這決定了它只能是單執行緒,否則會帶來很複雜的同步問題。比如,假定JavaScript同時有兩個執行緒,一個執行緒在某個DOM節點上新增內容,另一個執行緒刪除了這個節點,這時瀏覽器應該以哪個執行緒為準?

所以,為了避免複雜性,從一誕生,JavaScript就是單執行緒,這已經成了這門語言的核心特徵,將來也不會改變。

為了利用多核CPU的計算能力,HTML5提出Web Worker標準,允許JavaScript指令碼建立多個執行緒,但是子執行緒完全受主執行緒控制,且不得操作DOM。所以,這個新標準並沒有改變JavaScript單執行緒的本質。

二、任務佇列

單執行緒就意味著,所有任務需要排隊,前一個任務結束,才會執行後一個任務。如果前一個任務耗時很長,後一個任務就不得不一直等著。

如果排隊是因為計算量大,CPU忙不過來,倒也算了,但是很多時候CPU是閒著的,因為IO裝置(輸入輸出裝置)很慢(比如Ajax操作從網路讀取資料),不得不等著結果出來,再往下執行。

JavaScript語言的設計者意識到,這時主執行緒完全可以不管IO裝置,掛起處於等待中的任務,先執行排在後面的任務。等到IO裝置返回了結果,再回過頭,把掛起的任務繼續執行下去。

於是,所有任務可以分成兩種,一種是同步任務(synchronous),另一種是非同步任務(asynchronous)。同步任務指的是,在主執行緒上排隊執行的任務,只有前一個任務執行完畢,才能執行後一個任務;非同步任務指的是,不進入主執行緒、而進入”任務佇列”(task queue)的任務,只有”任務佇列”通知主執行緒,某個非同步任務可以執行了,該任務才會進入主執行緒執行。

具體來說,非同步執行的執行機制如下。(同步執行也是如此,因為它可以被視為沒有非同步任務的非同步執行。)

(1)所有同步任務都在主執行緒上執行,形成一個執行棧(execution context stack)。  (2)主執行緒之外,還存在一個”任務佇列”(task queue)。只要非同步任務有了執行結果,就在”任務佇列”之中放置一個事件。  (3)一旦”執行棧”中的所有同步任務執行完畢,系統就會讀取”任務佇列”,看看裡面有哪些事件。那些對應的非同步任務,於是結束等待狀態,進入執行棧,開始執行。  (4)主執行緒不斷重複上面的第三步。

三、定時器

除了放置非同步任務的事件,”任務佇列”還可以放置定時事件,即指定某些程式碼在多少時間之後執行。這叫做”定時器”(timer)功能,也就是定時執行的程式碼。  定時器功能主要由setTimeout()和setInterval()這兩個函式來完成,它們的內部執行機制完全一樣,區別在於前者指定的程式碼是一次性執行,後者則為反覆執行。以下主要討論setTimeout()。

setTimeout()接受兩個引數,第一個是回撥函式,第二個是推遲執行的毫秒數。

  1. console.log(1);
    
    setTimeout(function(){console.log(2);},1000);
    
    console.log(3);

上面程式碼的執行結果是1,3,2,因為setTimeout()將第二行推遲到1000毫秒之後執行。

如果將setTimeout()的第二個引數設為0,就表示當前程式碼執行完(執行棧清空)以後,立即執行(0毫秒間隔)指定的回撥函式。

  1. setTimeout(function(){console.log(1);}, 0);
    
    console.log(2);

上面程式碼的執行結果總是2,1,因為只有在執行完第二行以後,系統才會去執行”任務佇列”中的回撥函式。

總之,setTimeout(fn,0)的含義是,指定某個任務在主執行緒最早可得的空閒時間執行,也就是說,儘可能早得執行。它在”任務佇列”的尾部新增一個事件,因此要等到同步任務和”任務佇列”現有的事件都處理完,才會得到執行。

HTML5標準規定了setTimeout()的第二個引數的最小值(最短間隔),不得低於4毫秒,如果低於這個值,就會自動增加。在此之前,老版本的瀏覽器都將最短間隔設為10毫秒。另外,對於那些DOM的變動(尤其是涉及頁面重新渲染的部分),通常不會立即執行,而是每16毫秒執行一次。這時使用requestAnimationFrame()的效果要好於setTimeout()。

需要注意的是,setTimeout()只是將事件插入了”任務佇列”,必須等到當前程式碼(執行棧)執行完,主執行緒才會去執行它指定的回撥函式。要是當前程式碼耗時很長,有可能要等很久,所以並沒有辦法保證,回撥函式一定會在setTimeout()指定的時間執行。

四、Event Loop

實際上在js執行中,起碼有三個東西:

  • task佇列
  • Microtask佇列

接著上文說的,promise是怎麼做到非同步的呢?

promise並不是task,它屬於Microtask,什麼是Microtask呢?

Microtasks are usually scheduled for things that should happen  straight after the currently executing script, such as reacting to a  batch of actions, or to make something async without taking the  penalty of a whole new task.

感覺可以叫它微任務~ 跟在task末尾執行,像個小跟班。

也即是說promise屬於Microtask佇列,setTimeout屬於task佇列。這倆的非同步佇列不一樣,Promise所在的那個非同步佇列優先順序要高一些。