【JavaScript】深入浅出理解事件循环

1. 浏览器的进程模型

1.1 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。

1.2 线程

有了进程后，就可以运行程序的代码了。

运行代码的「人」称之为「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。

在这里插入图片描述

1.3 浏览器的进程和线程

浏览器是一个多进程多线程的应用程序。

浏览器内部工作极其复杂。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。

浏览器启动主要开启三个进程，浏览器进程、网络进程、渲染进程。

可以在浏览器的任务管理器中查看所有进程。

在这里插入图片描述

浏览器->浏览器进程；
Network->网络进程；
标签页什么的->渲染进程。

最主要的进程：

浏览器进程：
主要负责页面的显示，用户交互，子进程管理。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：
渲染进程启动后，会开启一个渲染主线程，负责执行HTML，CSS，JS代码。
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。

详细说明见 chrome官方说明文档

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（FPS）
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
…

要处理这么多任务，那么该如何调度任务呢？

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？
…
渲染主线程的解决方法：排队

在这里插入图片描述

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，就称为事件循环（消息循环）。

2.1 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 – setTimeout、setInterval
网络通信完成后需要执行的任务 --XHR、Fetch
从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」。

在这里插入图片描述
使用异步，渲染主线程永不阻塞。

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，给用户造成页面卡死的现象。
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，最大限度保证单线程的流畅运行。

2.2 JS 阻碍渲染

<h1>this is English</h1>
<button>change</button>
<script>
    var h1 = document.querySelector('h1');
    var btn = document.querySelector('button');
    // 死循环指定的时间
    function delay(duration) {
        var start = Date.now();
        while (Date.now() - start < duration) { }
    }
    btn.onclick = function () {
        h1.textContent = '3s之后才出现中文';
        delay(3000);
    }
</script>

点击之后立刻执行h1.textContent，但是呢？不会立刻渲染在页面上！绘制进入消息队列，等到主线程的死循环 3s 之后，消息队列的绘制进入主线程才去渲染。

2.3 任务优先级

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 HTML标准

随着浏览器复杂度的提升，W3C 逐渐抛弃了宏任务的说法

目前 chrome 实现中，主线程之下，至少包含以下的队列：

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是使用 Promise，MutationObserver

function a() {
    console.log(1);
    Promise.resolve().then(function () {
        console.log(2);
    });
}
setTimeout(function () {
    console.log(3);
    Promise.resolve().then(a);
}, 0);
Promise.resolve().then(function () {
    console.log(4);
});
console.log(5);
// 5 4 3 1 2

1. setTimeout 执行，将 log3 和 Promise a 放入延时队列
2. 将 log4 放入微任务队列
3. 执行 log5
4. 主线程清空，执行微任务的 log4
5. 执行延时队列的函数，执行 log3，并把 Promise a 放入微任务队列
6. 主线程清空，执行微任务的 Promise a，执行 log1，并将 Promise 2 放入微任务队列
7. 主线程清空，执行微任务的 log2

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。
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