事件循环

1 浏览器的进程模型

1.1 进程与线程

进程

程序运行需要有它自己专属的内存空间，可以把这块内存空间简单的理解为进程

每个应用至少有一个进程，进程之间相互独立，即使要通信，也需要双方同意。

有了进程后，就可以运行程序的代码了。

线程

如果将进程比作运行应用的工厂，那么运行代码的工人就相当于线程。

一个进程至少有一个线程，所以在进程开启后会自动创建一个线程来运行代码，该线程称之为主线程。

如果程序需要同时执行多块代码，主线程就会启动更多的线程来执行代码，所以一个进程中可以包含多个线程。

1.2 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，为了减少连环崩溃的几率，当启动浏览器后，它会自动启动多个进程。

可以在浏览器的任务管理器中查看当前的所有进程

其中，最主要的进程有：

浏览器进程
主要负责界面显示、用户交互、子进程管理等。浏览器进程内部会启动多个线程处理不同的任务。
网络进程
负责加载网络资源。网络进程内部会启动多个线程来处理不同的网络任务。
渲染进程
默认情况下，浏览器会为每个标签页开启一个新的渲染进程，以保证不同的标签页之间不相互影响。
将来该默认模式可能会有所改变，有兴趣的同学可参见chrome官方说明文档
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。

2 渲染主线程

渲染主线程是浏览器中最繁忙的线程，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
每秒把页面画 60 次
执行全局 JS 代码
执行事件处理函数
执行计时器的回调函数
......

思考题：为什么渲染进程不适用多个线程来处理这些事情？
虽然使用其他线程来分担渲染主线程的工作是一种常见的优化策略，但这并不是完全可行的。
首先，浏览器中的许多操作必须在渲染主线程上执行，例如DOM操作和重绘。如果将这些操作移动到其他线程中，可能会导致界面出现卡顿、闪烁等不良效果。（渲染主线程的核心职责就是渲染界面）
其次，多线程编程本身就存在着一些问题，例如线程同步、共享数据安全等。为了避免这些问题，开发人员需要花费更多的精力来设计和实现多线程架构，从而增加了开发成本和难度。
因此，对于大多数Web应用程序来说，在渲染主线程之外开启额外的线程并不会带来显著的性能提升，反而可能会引入更多的问题。相反，通过采用一些优化策略（例如减少DOM的使用、使用合适的CSS布局技术、避免强制同步布局等），可以更有效地提高页面的性能和响应速度。

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

在最开始的时候，渲染主线程会进入一个无限循环（for(;;)）
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）

2.1 何为异步

解决由于同步导致的渲染主线程阻塞的方案。

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 —— setTimeout、setInterval
网络通信完成后需要执行的任务 -- XHR、Fetch
用户操作后需要执行的任务 -- 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，浏览器选择异步方案来解决这个问题

使用异步的方式，渲染主线程永不阻塞

2.2 任务的优先级

任务没有优先级，在消息队列中先进先出

但消息队列是有优先级的

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 https://html.spec.whatwg.org/multipage/webappapis.html#perform-a-microtask-checkpoint

随着浏览器的复杂度急剧提升，W3C 不再使用宏队列的说法

在目前 chrome 的实现中，至少包含了下面的队列：

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」
微队列：用户存放需要最快执行的任务，优先级「最高」

添加任务到微队列的主要方式主要是使用 Promise、MutationObserver
例如：
// 立即把一个函数添加到微队列
Promise.resolve().then(函数)

浏览器还有很多其他的队列，由于和我们开发关系不大，不作考虑

3 面试题

3.1 如何理解 JS 的异步？

单线程(渲染主线程)

JS是一门单线程的语言，这是因为它运行在浏览器的（渲染进程中的）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。

同步 = 阻塞

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。

异步 = 解决阻塞的方案/模式

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（比如计时器、网络、事件监听）发生时，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。

事件循环就是异步调度任务的实践方案

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。

3.2 阐述一下 JS 的事件循环

事件循环是浏览器渲染主线程的工作机制

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/机制。

渲染主线程开启一个死循环，轮询消息队列；其他线程在合适的时机将（回调函数包装成）任务加入到消息队列即可

在 Chrome 的源码中，它开启一个不会结束的 for 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将任务加入到队列末尾即可。

没有宏任务的概念了，又细分了多种任务类型，不过仍然是微任务优先级最高（微 > 交互 > 延时）
做面试题的话，还是按宏任务微任务划分即可

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（例如延时任务、交互任务），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。

3.3 如果宏微任务队列空了，会发生什么

一帧时间内，task 和 micro task 执行完：

微 -> 宏 -> rAF -> 渲染 -> GC -> rIC -> IDLE

在微任务全部执行完后，如果有通过 requestAnimationFrame 注册的回调函数，这些函数会在下一次重绘之前被调用。它们主要用于进行动画相关的计算和DOM操作。
如果在执行 task、micro task 和 rAF 之后，DOM 被修改了，或者 CSS 样式有改变，或者有其他影响视觉输出的操作，浏览器可能会进行页面渲染更新。
如果在当前帧有剩余的时间，浏览器可能会执行一些低优先级的任务，如 GC（垃圾回收）或执行通过 requestIdleCallback 注册的回调。如果没有什么任务需要执行，浏览器就会进入空闲状态，等待下一帧或者下一个宏任务

3.4 JS 中的计时器能做到精确计时吗？为什么？

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渲染主线程空闲时运行，因此又带来了偏差

3.5 打印顺序

console.log(1);

setTimeout(() => console.log(2));

Promise.resolve().then(() => console.log(3));

Promise.resolve().then(() => setTimeout(() => console.log(4)));

Promise.resolve().then(() => console.log(5));

setTimeout(() => console.log(6));

console.log(7);

再来

console.log(1)
setTimeout(() => {
    console.log(2)
    new Promise((resolve, reject) => {
        console.log(3)
        resolve(4)
    }).then((res) => {
        console.log(res) 
    })
}, 0)
new Promise((resolve, reject) => {
    console.log(5)
    resolve()
}).then(() => {
    console.log(6)
    setTimeout(() => {
        console.log(7)
    })
    return Promise.resolve(8)
}).then(res => {
    console.log(res);
})
console.log(9)

如果 Promise 没有（执行到） resolve()，那么 then 回调就不会进入微队列
async 函数中 return "xxx" 关键字会使得这个函数返回一个立即解析为 "xxx" 的 Promise

再来

console.log("start");

setTimeout(() => {
  console.log("setTimeout1");
}, 0);

(async function foo() {
  console.log("async 1");

  await asyncFunction();

  console.log("async2");

})().then(console.log("foo.then"));

async function asyncFunction() {
  console.log("asyncFunction");

  setTimeout(() => {
    console.log("setTimeout2");
  }, 0);

  new Promise((res) => {
    console.log("promise1");

    res("promise2");
  }).then(console.log);
}

console.log("end")

如果 then 接收的不是回调，而是 then(console.log('xxx'))，会当成同步代码立即执行，而不是推送到微队列

await 后面的函数调用要当成同步代码继续顺序执行，如果 await 后面的 Promise 结束了，会将 await 后面的代码推入微队列；如果后面没有代码，那就将「当前 async 函数的完成」这件事推到微队列

如果 await 后面不是 Promise，会自动包装成 Promise.resolve(xxx)

console.log('=======事件循环2=状态吸收===========================')
async function async1() {
  console.log(1)
  await async2()
  console.log('AAA')
}

async function async2() {
  return Promise.resolve(2)
}

async1()

Promise.resolve()
  .then(() => {
    console.log(3)
  }).then(() => {
    console.log(4)
  }).then(() => {
    console.log(5)
  })

console.log('========事件循环3=async await=====================')
async function asy1() {
  console.log(1)
  await asy2()
  console.log(2)
}
const asy2 = async () => {
  await setTimeout(() => {
    Promise.resolve().then(() => {
      console.log(3)
    })
    console.log(4)
  }, 0)
}

const asy3 = async () => {
  Promise.resolve().then(() => {
    console.log(6)
  })
}

asy1()
console.log(7)
asy3()

console.log('========事件循环4=Promise=============')
Promise.resolve()
  .then(() => {
    console.log(0)
    return Promise.resolve(4)
  })
  .then((res) => {
    console.log(res)
  })

Promise.resolve()
  .then(() => {
    console.log(1)
  })
  .then(() => {
    console.log(2)
  })
  .then(() => {
    console.log(3)
  })
  .then(() => {
    console.log(5)
  })

Async 函数或 then 函数如果直接返回 return Promise.resolve() 那么会出现状态吸收的现象，即将当前 async 或 then 返回的 Promise 会吸收这个状态，有准备吸收和吸收两个步骤，吸收之后这个 Promise 才算完成，后续的代码才能放入微队列中

3.6 async await

async 和 await 是 JavaScript 中用于处理异步编程的关键字，它们使得异步代码的编写和阅读变得更加直观和简洁。

async：用于定义一个异步函数。异步函数会返回一个 Promise 对象，函数内部的代码可以使用 await 关键字来暂停执行，直到 Promise 被解决（fulfilled）或拒绝（rejected）。
await：用于等待一个 Promise 的解决。它只能在 async 函数内部使用。当执行到 await 时，函数会暂停，直到 Promise 解决后再继续执行后面的代码。

在事件循环中的分析思路：

当调用一个 async 函数时，函数体内的代码会立即执行，直到遇到第一个 await。
遇到 await 时，函数会暂停执行，并将控制权返回给调用者。
当 Promise 被解决后，事件循环会将控制权返回给 async 函数，继续执行 await 后面的代码。

async function async1(){
  console.log('async1 start');
  let res = await async2(); // 去 async2 继续执行
  // 后续代码包括 res 的赋值，都要进微队列，等 async2 settle 之后
  console.log(res);
  console.log('async1 end');
}

async function async2(){
  console.log('async2 start');
  return 'async2 end'
  // 相当于 async2 返回了 Promise.resolve('async2 end')
}

console.log('script start');
setTimeout(() => {
  console.log('setTimeout');
}, 0);
async1();
new Promise((resolve,reject) => {
  console.log('Promise start');
  resolve();
}).then(() => {
  console.log('Promise end');
})
console.log('script end');

4 Nodejs 中的 EventLoop

4.1 综述

Nodejs 使用 V8 作为 JS 的解析引擎，而 IO 处理使用了自己设计的 libuv，事件循环机制就是其内部实现

分为六个阶段，除去内部使用的阶段，学习者只需关注其中三个阶段

timers 阶段：执行 setTimeout、setInterval 回调
poll 阶段：获取新的 io 事件，适当的条件下 Nodejs 将阻塞在这里
check 阶段：执行 setImmediate 回调

事件循环的执行顺序：

外部输入数据 -> 轮询poll -> check -> timer -> poll

清空微队列的时机：与浏览器一致，在执行任务前，都要先清空微队列

4.2 注意事项

定时器时间

nodejs 中定时器指定的时间也不是准确时间，只能说尽快执行，因为事件循环 poll 阶段的执行时间不确定，可能会堵塞进入 timer 阶段

常见微任务

Promise.then()

process.nextTick()

后者比前者优先级更高，可以理解为 pn 进入了 nextTick 队列，独立于微队列

setTimeout(() => {
  console.log('timer1')
  Promise.resolve().then(() => {
    console.log('promise1')
  })
  process.nextTick(() => {
    console.log('next tick1')
  })
  Promise.resolve().then(() => {
    console.log('promise2')
  }) 
  process.nextTick(() => {
    console.log('next tick2')
  })
})

setTimeout(() => {
  console.log('timer2')
  Promise.resolve().then(() => {
    console.log('promise3')
  })
})

setTimeout0 与 setImmediate 先后顺序不确定

但在 io 回调中，setImmediate 一定比 setTimeout0 更早，因为 io 事件处理是在 poll 阶段，紧接着就是 check 阶段，最后才是 timer 阶段

4.3 对比

机制类似，侧重不同

最直观的对比就是循环的阶段比浏览器多，自然地就把宏任务也做了区分，并有了先后顺序

在 Node.js 中，事件循环的实现依赖于 libuv 库，这使得 Node.js 能够处理文件系统、网络请求等 I/O 操作。Node.js 的事件循环有多个阶段，每个阶段处理特定类型的任务。例如，定时器阶段处理定时器回调，I/O 回调阶段处理 I/O 事件，微任务队列在每个宏任务完成后被清空

相较之下，浏览器的事件循环主要用于处理用户界面事件，如鼠标点击和键盘输入。浏览器的事件循环也会在每个宏任务完成后清空微任务队列，但它的实现与 Node.js 不同，因为浏览器还需要处理渲染和绘制等任务。浏览器的事件循环通常会在每个事件循环周期中进行一次渲染，确保用户界面能够及时更新

总结来说，Node.js 和浏览器的事件循环在处理异步任务的基本机制上是相似的，都是在完成一个任务后清空微任务队列。然而，它们的实现细节和处理的任务类型有所不同，Node.js 更加专注于服务器端的 I/O 操作，而浏览器则更注重用户界面的交互和渲染。

1 浏览器的进程模型​

1.1 进程与线程​

进程​

线程​

1.2 浏览器的进程与线程​

2 渲染主线程​

2.1 何为异步​

2.2 任务的优先级​

3 面试题​

3.1 如何理解 JS 的异步？​

3.2 阐述一下 JS 的事件循环​

3.3 如果宏微任务队列空了，会发生什么​

3.4 JS 中的计时器能做到精确计时吗？为什么？​

3.5 打印顺序​

3.6 async await​

4 Nodejs 中的 EventLoop​

4.1 综述​

4.2 注意事项​

4.3 对比​