彻底理解Javascript的事件循环

彻底理解Javascript的事件循环机制。

1.浏览器的进程与线程

浏览器是一个多进程多线程的应用程序，为了避免相互影响，减少崩溃的几率，启动浏览器后，浏览器会自动启动多个进程，例如网络进程(网络请求)，浏览器进程(浏览器标签栏展示，浏览器内部返回，刷新等等...)，渲染进程(单个浏览器tab渲染)等其他进程...，之后每个进程会开启一个主线程，开始运行内部中的代码。那么浏览器有哪些进程和线程。如下图所示：

浏览器是多进程，包含以下进程：

1.浏览器进程(Browser进程)：浏览器的主进程(负责协调，主控)，只有一个。

1）负责浏览器的界面界面显示，与用户交互，网址栏输入、前进、后退等。 2）负责管理各个页面，创建和销毁进程。 3）将页面内容(位图)写入到浏览器内存中，最后将图像显示在屏幕上。 4）文件存储等功能。

2.渲染进程(浏览器内核，Renderer进程，内部是多线程的)：默认一个tab页面一个渲染进程(特殊情况下：渲染进程不一定每个tab就一个)，渲染进程启动后，会开启一个渲染主线程，主线程负责执行HTML、CSS、JS代码。渲染主线程是浏览器中最繁忙的线程，它处理的任务主要包括：解析HTML/CSS、计算样式等。

3.GPU进程：用于3D绘制等，将开启了3D绘制的元素的渲染由CPU转向GPU，也就是开启GPU加速。最多一个。

4.网络进程：主要负责页面的网络资源加载，之前是作为一个模块运行在浏览器进程里面，现在独立开来，成为一个单独的进程。

5.插件进程：每种类型的插件对应一个进程，仅当使用该插件时才创建。

而我们下来要讲的事件循环(也叫消息循环，Event Loop)，是浏览器渲染主线程的工作方式。

2.渲染主线程的工作方式(事件循环)

渲染主线程是浏览器最繁忙的线程，需要它处理的任务包括但不限于：

解析 HTML
解析 CSS
计算样式
布局
处理图层
每秒多次渲染页面（FPS）
执行全局JS代码
执行事件函数
执行计时器回调函数
等等其它操作

要处理这么多的任务，主线程遇到了一个前所未有的难题：如何调度任务？比如：

我正在执行一个 JS 函数，执行到一半的时候用户点击了按钮，我该立即去执行点击事件的处理函数吗？
我正在执行一个 JS 函数，执行到一半的时候某个计时器到达了时间，我该立即去执行它的回调吗？
浏览器进程通知我“用户点击了按钮”，与此同时，某个计时器也到达了时间，我应该处理哪一个呢？

渲染主线程想出了一个绝妙的主意来处理这个问题：排队。

消息队列工作机制如下：

在最开始的时候，渲染主线程会进入一个无限循环。
每一次循环会检查消息队列中是否有任务存在。如果有，就取出第一个任务执行，执行完一个后进入下一次循环；如果没有，则进入休眠状态。
其他所有线程（包括其他进程的线程）可以随时向消息队列添加任务。新任务会加到消息队列的末尾。在添加新任务时，如果主线程是休眠状态，则会将其唤醒以继续循环拿取任务。

这样一来，就可以让每个任务有条不紊的、持续的进行下去了。整个过程，被称之为事件循环（消息循环）

3.何为异步？

代码在执行过程中，会遇到一些无法立即处理的任务，比如：

计时完成后需要执行的任务。比如： setTimeout、setInterval
网络通信完成后需要执行的任务。比如： XHR、Fetch
用户操作后需要执行的任务。比如： addEventListener

如果让渲染主线程等待这些任务的时机达到，就会导致主线程长期处于阻塞的状态，从而导致浏览器卡死。

渲染主线程承担着极其重要的工作，无论如何都不能阻塞！因此，浏览器选择异步来解决这个问题。

理解了渲染主线程的异步策略，我们来看道最常见的面试题：如何理解JS的异步？

参考答案：

JS 是一门单线程的语言，这是因为它运行在浏览器的渲染主线程中，而渲染主线程只有一个。

而渲染主线程承担着诸多的工作，渲染页面、执行 JS 都在其中运行。

如果使用同步的方式，就极有可能导致主线程产生阻塞，从而导致消息队列中的很多其他任务无法得到执行。这样一来，一方面会导致繁忙的主线程白白的消耗时间，另一方面导致页面无法及时更新，给用户造成卡死现象。

所以浏览器采用异步的方式来避免。具体做法是当某些任务发生时，比如计时器、网络、事件监听，主线程将任务交给其他线程去处理，自身立即结束任务的执行，转而执行后续代码。当其他线程完成时，将事先传递的回调函数包装成任务，加入到消息队列的末尾排队，等待主线程调度执行。

在这种异步模式下，浏览器永不阻塞，从而最大限度的保证了单线程的流畅运行。

4.JS为何会阻碍渲染？

首先看下面代码。

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>Title</title>
</head>
<body>
<h1>Hello,World!</h1>
<button>change</button>
<script>
    let h1 = document.querySelector('h1');
    let btn = document.querySelector('button');

    // 死循环指定的时间
    function delay(duration) {
        let start = Date.now();
        while (Date.now() - start < duration) {}
    }

    btn.onclick = function () {
        h1.textContent = 'Hello,Javascript！';
        delay(3000);
    };
</script>
</body>
</html>

我们发现用户点击按钮三秒后才会更新h1里的文本内容，给用户体验是出现页面卡死的现象。这就是Js代码不恰当的执行，会造成影响页面的渲染的卡死。

5.消息队列的有优先级

根据 W3C 的最新解释：

每个任务都有一个任务类型，同一个类型的任务必须在一个队列，不同类型的任务可以分属于不同的队列。在一次事件循环中，浏览器可以根据实际情况从不同的队列中取出任务执行。
浏览器必须准备好一个微队列，微队列中的任务优先所有其他任务执行。

在目前 chrome 的实现中，至少包含了下面的队列：

微队列：用户存放需要最快执行的任务，优先级「最高」
延时队列：用于存放计时器到达后的回调任务，优先级「中」
交互队列：用于存放用户操作后产生的事件处理任务，优先级「高」

如下图所示：

添加任务到微队列的主要方式主要是使用 Promise、MutationObserver，process.nextTick (Node 独有)等。

添加到延迟队列的主要方式：setTimeout、setInterval、setImmediate (Node 独有)等。

例如：

// 立即把一个函数添加到微队列
Promise.resolve().then(() => {})

看下面代码：

<script>

   //属于延时队列里的任务优先级别低
   setTimeout(function(){
       console.log(1)
   },0);

   //属于微队列里的任务优先级别高
   Promise.resolve().then(function(){
       console.log(2);
   })

   //渲染主线程里的任务
   //只有主线程任务全部执行完毕才会执行其它队列里的任务(包括微队列任务)。
   console.log(3);
</script>

运行结果：

3
2
1

到目前为止，我们基本彻底理解了Javascript的事件循环机制，下来看下前端面试时最容易提及的两个题目。

面试题：阐述一下JS的事件循环?

参考答案：

事件循环又叫做消息循环，是浏览器渲染主线程的工作方式。

在Chrome的源码中，它开启一个死循环，每次循环从消息队列中取出第一个任务执行，而其他线程只需要在合适的时候都可以将任务加入到队列末尾即可。

过去把消息队列简单分为宏队列和微队列，这种说法目前已无法满足复杂的浏览器环境，取而代之的是一种更加灵活多变的处理方式。

根据W3C官方的解释，每个任务有不同的类型，同类型的任务必须在同一个队列，不同的任务可以属于不同的队列。不同任务队列有不同的优先级，在一次事件循环中，由浏览器自行决定取哪一个队列的任务。但浏览器必须有一个微队列，微队列的任务一定具有最高的优先级，必须优先调度执行。

面试题：JS 中的计时器能做到精确计时吗？为什么？

参考答案：

不行，因为：

计算机硬件没有原子钟，无法做到精确计时。操作系统的计时函数本身就有少量偏差，由于 JS 的计时器最终调用的是操作系统的函数，也就携带了这些偏差。按照W3C的标准，浏览器实现计时器时，如果嵌套层级超过5层，则会带有4毫秒的最少时间，这样在计时时间少于4毫秒时又带来了偏差。受事件循环的影响，计时器的回调函数只能在主线程空闲时运行，因此又带来了偏差。