js 事件循环与 macro&micro 任务队列 - 前端面试进阶

背景

一天惬意的下午。朋友给我分享了一道头条面试题,如下:

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')

这个题目主要是考察对同步任务、异步任务：setTimeout、promise、async/await 的执行顺序的理解程度。(建议大家也自己先做一下 o)

当时由于我对 async、await 了解的不是很清楚，答案错的千奇百怪 :()，就不记录了，然后我就去看文章理了理思路。现在写在下面以供日后参考。

js 事件轮询的一些概念

这里首先需要明白几个概念：同步任务、异步任务、任务队列、microtask、macrotask

同步任务指的是，在主线程上排队执行的任务，只有前一个任务执行完毕，才能执行后一个任务；

异步任务指的是，不进入主线程、而进入"任务队列"（task queue）的任务，等待同步任务执行完毕之后，轮询执行异步任务队列中的任务

macrotask 即宏任务，宏任务队列等同于我们常说的任务队列，macrotask 是由宿主环境分发的异步任务，事件轮询的时候总是一个一个任务队列去查看执行的，"任务队列"是一个先进先出的数据结构，排在前面的事件，优先被主线程读取。

microtask 即微任务，是由 js 引擎分发的任务，总是添加到当前任务队列末尾执行。另外在处理 microtask 期间，如果有新添加的 microtasks，也会被添加到队列的末尾并执行。注意与 setTimeout(fn,0)的区别：

setTimeOut(fn(),0)指定某个任务在主线程最早可得的空闲时间执行，也就是说，尽可能早得执行。它在"任务队列"的尾部添加一个事件，因此要等到同步任务和"任务队列"现有的事件都处理完，才会得到执行。

总结一下：

task queue、microtask、macrotask

• An event loop has one or more task queues.(task queue is macrotask queue)

• Each event loop has a microtask queue.

• task queue = macrotask queue != microtask queue

• a task may be pushed into macrotask queue,or microtask queue

• when a task is pushed into a queue(micro/macro),we mean preparing work is finished,so the task can be executed now.

所以我们可以得到 js 执行顺序是：

开始 -> 取第一个 task queue 里的任务执行(可以认为同步任务队列是第一个 task queue) -> 取 microtask 全部任务依次执行 -> 取下一个 task queue 里的任务执行 -> 再次取出 microtask 全部任务执行 -> … 这样循环往复

更多面试题解答参见 前端进阶面试题详细解答

常见的一些宏任务和微任务：

macrotask：

• setTimeout

• setInterval

• setImmediate

• requestAnimationFrame

• I/O

• UI rendering

microtask:

• process.nextTick

• Promises

• Object.observe

• MutationObserver

Promise、Async、Await 都是一种异步解决方案

Promise 是一个构造函数，调用的时候会生成 Promise 实例。当 Promise 的状态改变时会调用 then 函数中定义的回调函数。我们都知道这个回调函数不会立刻执行，他是一个微任务会被添加到当前任务队列中的末尾，在下一轮任务开始执行之前执行。

async/await 成对出现，async 标记的函数会返回一个 Promise 对象，可以使用 then 方法添加回调函数。await 后面的语句会同步执行。但 await 下面的语句会被当成微任务添加到当前任务队列的末尾异步执行。

我们来看一下答案

不记得题的！继续往下看，温馨的准备了题目，不用往上翻 ：)

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')

=node10 版本是这个结果: script start -> async1 start -> async2 -> promise1 -> script end -> promise2 -> async1 end -> setTimeout

<node10 版本是这个结果: script start -> async1 start -> async2 -> promise1 -> script end -> async1 end -> promise2 -> setTimeout

按照上面写的 js 执行顺序就可以得到正确结果，但最后却又存在两个答案，为什么会出现两种结果呢？我们可以看到两种结果中就是 async1 end 和 Promise2 之间的顺序出现差别，我猜想是因为不同版本的 node 对 await 的执行方法不同，导致 await 下面的代码进入任务队列的时间点不同。具体参见 如何在 V8 中优化 JavaScript 异步编程？ 里面的《深入了解 await》

简单理解如下：

async function f(){  await p  console.log(1);}//node.js8及即将推广的标准应该会解析成下面这样function f(){  Promise.resolve(p).then(()=>{    console.log(1)  })}//其余的版本应该会解析成下面的这样function f(){  new Promise(resolve=>{    resolve(p)  }).then(()=>{    console.log(1)  })}

正对上面的这两种差异主要是：

1. 当 Promise.resolve 的参数为 promise 对象时直接返回这个 Promise 对象，then 函数在这个 Promise 对象发生改变后立刻执行。

2. 旧版的解析 await 时会重新生成一个 Promise 对象。尽管该 promise 确定会 resolve 为 p，但这个过程本身是异步的，也就是现在进入队列的是新 promise 的 resolve 过程，所以该 promise 的 then 不会被立即调用，而要等到当前队列执行到前述 resolve 过程才会被调用，然后再执行 then 函数。（下面的练习一下的例子会讲解当 resolve()参数为 promise 时会怎么执行）

不用担心这个题没解，真相只有一个。根据 TC39 最近决议，await 将直接使用 Promise.resolve() 相同语义。

最后我们以最新决议来分析这个题目的可能的执行过程(在 Chrome 环境下)：

• 定义函数 async1、async2。输出'script start'

• 将 setTimeout 里面的回调函数(宏任务)添加到下一轮任务队列。因为这段代码前面没有执行任何的异步操作且等待时间为 0s。所以回调函数会被立刻放到下一轮任务队列的开头。

• 执行 async1。我们知道 async 函数里面 await 标记之前的语句和 await 后面的语句是同步执行的。所以这里先后输出"async1 start",’async2 start‘.

• 这时暂停执行下面的语句，下面的语句被放到当前队列的最后。

• 继续执行同步任务。

• 输出 ‘Promise1’。将 then 里面的函数放在当前队列的最后。

• 然后输出‘script end’,注意这时只是同步任务执行完了，当前任务队列的任务还没有执行完毕，还有两个微任务被添加进来了!队列是先进先出的结构，所以这里先输出 ‘async1 end’ 再输出 ‘Promise2’,这时第一轮任务队列才真算执行完了。

• 然后执行下一个任务列表的任务。执行 setTimeout 里面的异步函数。输出‘setTimeout’。

练习一下

stackoverflow 上的一道题目

let resolvePromise = new Promise(resolve => {  let resolvedPromise = Promise.resolve()  resolve(resolvedPromise)})resolvePromise.then(() => {  console.log('resolvePromise resolved')})let resolvedPromiseThen = Promise.resolve().then(res => {  console.log('promise1')})resolvedPromiseThen  .then(() => {    console.log('promise2')  })  .then(() => {    console.log('promise3')  })

结果：promise1 -> promise2 -> resolvePromise resolved -> promise3

这道题真的是非常费解了。为什么'resolvePromise resolved'会在第三行才显示呢？和舍友讨论了一晚上无果。

其实这个题目的难点就在于 resolve 一个 Promise 对象，js 引擎会怎么处理。我们知道 Promise.resolve()的参数为 Promise 对象时，会直接返回这个 Promise 对象。但当 resolve()的参数为 Promise 对象时，情况会有所不同：

resolve(resolvedPromise)//等同于：Promise.resolve().then(() => resolvedPromise.then(resolve));

所以这里第一次执行到这儿的时候：

• 第一个 then 函数里面的() => resolvedPromise.then(resolve, reject)为 microtask。会被放入当前任务列表的最后

• 然后是 Promise1 被放入任务列表的最后。

• 没有同步操作了开始执行任务列表，这时因为 resolvedPromise 是一个已经 resolved 的 Promise 直接执行 then 函数,将 then 函数中的 resole()函数放入当前队列的最后，然后输出 Promise1。

• 将 Promise2 放入队列的最后。执行 resole()

• 这时的 resolvePromise 终于变成了一个 resolved 状态的 Promise 对象了，将‘resolvePromise resolved’放入当前任务列表的最后。输出 Promise2。

• 将 Promise3 放到当前任务队列的最后。输出 resolvePromise resolved。最后输出 Promise3.

结束！这里面的几段代码是比较重要的，解释了 js 会按照什么样的方式来执行这些新特性。

最后如果有误，欢迎指正。