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js 事件循环与 macro&micro 任务队列 - 前端面试进阶

作者:loveX001
  • 2023-05-19
    浙江
  • 本文字数:3589 字

    阅读完需:约 12 分钟

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')
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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

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')
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=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:参考 前端进阶面试题详细解答


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)  })}
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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')  })
复制代码


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));
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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。


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