JavaScript 事件循環(huán)中微任務(wù)和宏任務(wù)有什么區別

JavaScript 事件循環(huán)中微任務(wù)和宏任務(wù)有什么區別，相信很多沒(méi)有經(jīng)驗的人對此束手無(wú)策，為此本文總結了問(wèn)題出現的原因和解決方法，通過(guò)這篇文章希望你能解決這個(gè)問(wèn)題。

事件循環(huán)：微任務(wù)和宏任務(wù)

瀏覽器中 JavaScript 的執行流程和 Node.js 中的流程都是基于 事件循環(huán) 的。

理解事件循環(huán)的工作方式對于代碼優(yōu)化很重要，有時(shí)對于正確的架構也很重要。

在本章中，我們首先介紹有關(guān)事件循環(huán)工作方式的理論細節，然后介紹該知識的實(shí)際應用。

事件循環(huán)

事件循環(huán) 的概念非常簡(jiǎn)單。它是一個(gè)在 JavaScript 引擎等待任務(wù)，執行任務(wù)和進(jìn)入休眠狀態(tài)等待更多任務(wù)這幾個(gè)狀態(tài)之間轉換的無(wú)限循環(huán)。

引擎的一般算法：

1.當有任務(wù)時(shí)：

• 從最先進(jìn)入的任務(wù)開(kāi)始執行。

2.休眠直到出現任務(wù)，然后轉到第 1 步。

當我們?yōu)g覽一個(gè)網(wǎng)頁(yè)時(shí)就是上述這種形式。JavaScript 引擎大多數時(shí)候不執行任何操作，它僅在腳本/處理程序/事件激活時(shí)執行。

任務(wù)示例：

• 當外部腳本<script src="..."> 加載完成時(shí)，任務(wù)就是執行它。

• 當用戶(hù)移動(dòng)鼠標時(shí)，任務(wù)就是派生出 mousemove 事件和執行處理程序。

• 當安排的（scheduled）setTimeout 時(shí)間到達時(shí)，任務(wù)就是執行其回調。

• &hellip;&hellip;諸如此類(lèi)。

設置任務(wù) &mdash;&mdash; 引擎處理它們 &mdash;&mdash; 然后等待更多任務(wù)(即休眠，幾乎不消耗 CPU 資源)。

一個(gè)任務(wù)到來(lái)時(shí)，引擎可能正處于繁忙狀態(tài)，那么這個(gè)任務(wù)就會(huì )被排入隊列。

多個(gè)任務(wù)組成了一個(gè)隊列，即所謂的“宏任務(wù)隊列”(v8 術(shù)語(yǔ))：

例如，當引擎正在忙于執行一段 script 時(shí)，用戶(hù)可能會(huì )移動(dòng)鼠標而產(chǎn)生 mousemove 事件，setTimeout  或許也剛好到期，以及其他任務(wù)，這些任務(wù)組成了一個(gè)隊列，如上圖所示。

隊列中的任務(wù)基于“先進(jìn)先出”的原則執行。當瀏覽器引擎執行完 script 后，它會(huì )處理 mousemove 事件，然后處理 setTimeout  處理程序，依此類(lèi)推。

到目前為止，很簡(jiǎn)單，對吧?

兩個(gè)細節：

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2. 引擎執行任務(wù)時(shí)永遠不會(huì )進(jìn)行渲染(render)。如果任務(wù)執行需要很長(cháng)一段時(shí)間也沒(méi)關(guān)系。僅在任務(wù)完成后才會(huì )繪制對 DOM 的更改。

3. 如果一項任務(wù)執行花費的時(shí)間過(guò)長(cháng)，瀏覽器將無(wú)法執行其他任務(wù)，例如處理用戶(hù)事件。因此，在一定時(shí)間后，瀏覽器會(huì )拋出一個(gè)如“頁(yè)面未響應”之類(lèi)的警報，建議你終止這個(gè)任務(wù)。這種情況常發(fā)生在有大量復雜的計算或導致死循環(huán)的程序錯誤時(shí)。

以上是理論知識?，F在，讓我們來(lái)看看如何應用這些知識。

用例 1：拆分 CPU 過(guò)載任務(wù)

假設我們有一個(gè) CPU 過(guò)載任務(wù)。

例如，語(yǔ)法高亮(用來(lái)給本頁(yè)面中的示例代碼著(zhù)色)是相當耗費 CPU 資源的任務(wù)。為了高亮顯示代碼，它執行分析，創(chuàng )建很多著(zhù)了色的元素，然后將它們添加到文檔中  &mdash;&mdash; 對于文本量大的文檔來(lái)說(shuō)，需要耗費很長(cháng)時(shí)間。

當引擎忙于語(yǔ)法高亮時(shí)，它就無(wú)法處理其他 DOM  相關(guān)的工作，例如處理用戶(hù)事件等。它甚至可能會(huì )導致瀏覽器“中斷(hiccup)”甚至“掛起(hang)”一段時(shí)間，這是不可接受的。

我們可以通過(guò)將大任務(wù)拆分成多個(gè)小任務(wù)來(lái)避免這個(gè)問(wèn)題。高亮顯示前 100 行，然后使用 setTimeout(延時(shí)參數為 0)來(lái)安排(schedule)后  100 行的高亮顯示，依此類(lèi)推。

為了演示這種方法，簡(jiǎn)單起見(jiàn)，讓我們寫(xiě)一個(gè)從 1 數到 1000000000 的函數，而不寫(xiě)文本高亮。

如果你運行下面這段代碼，你會(huì )看到引擎會(huì )“掛起”一段時(shí)間。對于服務(wù)端 JS  來(lái)說(shuō)這顯而易見(jiàn)，并且如果你在瀏覽器中運行它，嘗試點(diǎn)擊頁(yè)面上其他按鈕時(shí)，你會(huì )發(fā)現在計數結束之前不會(huì )處理其他事件。

let i = 0;  let start = Date.now();  function count() {    // 做一個(gè)繁重的任務(wù)   for (let j = 0; j < 1e9; j++) {     i++;   }    alert("Done in " + (Date.now() - start) + 'ms'); }  count();

瀏覽器甚至可能會(huì )顯示一個(gè)“腳本執行時(shí)間過(guò)長(cháng)”的警告。

讓我們使用嵌套的 setTimeout 調用來(lái)拆分這個(gè)任務(wù)：

let i = 0;  let start = Date.now();  function count() {    // 做繁重的任務(wù)的一部分 (*)   do {     i++;   } while (i % 1e6 != 0);    if (i == 1e9) {     alert("Done in " + (Date.now() - start) + 'ms');   } else {     setTimeout(count); // 安排（schedule）新的調用 (**)   }  }  count();

現在，瀏覽器界面在“計數”過(guò)程中可以正常使用。

單次執行 count 會(huì )完成工作 (*) 的一部分，然后根據需要重新安排(schedule)自身的執行 (**)：

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2. 首先執行計數：i=1...1000000。

3. 然后執行計數：i=1000001..2000000。

4. &hellip;&hellip;以此類(lèi)推。

現在，如果在引擎忙于執行第一部分時(shí)出現了一個(gè)新的副任務(wù)(例如 onclick  事件)，則該任務(wù)會(huì )被排入隊列，然后在第一部分執行結束時(shí)，并在下一部分開(kāi)始執行前，會(huì )執行該副任務(wù)。周期性地在兩次 count 執行期間返回事件循環(huán)，這為  JavaScript 引擎提供了足夠的“空氣”來(lái)執行其他操作，以響應其他的用戶(hù)行為。

值得注意的是這兩種變體 &mdash;&mdash; 是否使用了 setTimeout 對任務(wù)進(jìn)行拆分 &mdash;&mdash; 在執行速度上是相當的。在執行計數的總耗時(shí)上沒(méi)有多少差異。

為了使兩者耗時(shí)更接近，讓我們來(lái)做一個(gè)改進(jìn)。

我們將要把調度(scheduling)移動(dòng)到 count() 的開(kāi)頭：

let i = 0;  let start = Date.now();  function count() {    // 將調度（scheduling）移動(dòng)到開(kāi)頭   if (i < 1e9 - 1e6) {     setTimeout(count); // 安排（schedule）新的調用   }    do {     i++;   } while (i % 1e6 != 0);    if (i == 1e9) {     alert("Done in " + (Date.now() - start) + 'ms');   }  }  count();

現在，當我們開(kāi)始調用 count() 時(shí)，會(huì )看到我們需要對 count() 進(jìn)行更多調用，我們就會(huì )在工作前立即安排(schedule)它。

如果你運行它，你很容易注意到它花費的時(shí)間明顯減少了。

為什么?

這很簡(jiǎn)單：你應該還記得，多個(gè)嵌套的 setTimeout 調用在瀏覽器中的最小延遲為 4ms。即使我們設置了 0，但還是  4ms(或者更久一些)。所以我們安排(schedule)得越早，運行速度也就越快。

最后，我們將一個(gè)繁重的任務(wù)拆分成了幾部分，現在它不會(huì )阻塞用戶(hù)界面了。而且其總耗時(shí)并不會(huì )長(cháng)很多。

用例 2：進(jìn)度指示

對瀏覽器腳本中的過(guò)載型任務(wù)進(jìn)行拆分的另一個(gè)好處是，我們可以顯示進(jìn)度指示。

正如前面所提到的，僅在當前運行的任務(wù)完成后，才會(huì )對 DOM 中的更改進(jìn)行繪制，無(wú)論這個(gè)任務(wù)運行花費了多長(cháng)時(shí)間。

從一方面講，這非常好，因為我們的函數可能會(huì )創(chuàng )建很多元素，將它們一個(gè)接一個(gè)地插入到文檔中，并更改其樣式 &mdash;&mdash;  訪(fǎng)問(wèn)者不會(huì )看到任何未完成的“中間態(tài)”內容。很重要，對吧?

這是一個(gè)示例，對 i 的更改在該函數完成前不會(huì )顯示出來(lái)，所以我們將只會(huì )看到最后的值：

<div id="progress"></div>  <script>    function count() {     for (let i = 0; i < 1e6; i++) {       i++;       progress.innerHTML = i;     }   }    count(); </script>

&hellip;&hellip;但是我們也可能想在任務(wù)執行期間展示一些東西，例如進(jìn)度條。

如果我們使用 setTimeout 將繁重的任務(wù)拆分成幾部分，那么變化就會(huì )被在它們之間繪制出來(lái)。

這看起來(lái)更好看：

<div id="progress"></div>  <script>   let i = 0;    function count() {      // 做繁重的任務(wù)的一部分 (*)     do {       i++;       progress.innerHTML = i;     } while (i % 1e3 != 0);      if (i < 1e7) {       setTimeout(count);     }    }    count(); </script>

現在 div 顯示了 i 的值的增長(cháng)，這就是進(jìn)度條的一種。

用例 3：在事件之后做一些事情

在事件處理程序中，我們可能會(huì )決定推遲某些行為，直到事件冒泡并在所有級別上得到處理后。我們可以通過(guò)將該代碼包裝到零延遲的 setTimeout  中來(lái)做到這一點(diǎn)。

在 創(chuàng )建自定義事件[1] 一章中，我們看到過(guò)這樣一個(gè)例子：自定義事件 menu-open 被在 setTimeout  中分派(dispatched)，所以它在 click 事件被處理完成之后發(fā)生。

menu.onclick = function() {   // ...    // 創(chuàng  )建一個(gè)具有被點(diǎn)擊的菜單項的數據的自定義事件   let customEvent = new CustomEvent("menu-open", {     bubbles: true   });    // 異步分派（dispatch）自定義事件   setTimeout(() => menu.dispatchEvent(customEvent)); };

宏任務(wù)和微任務(wù)

除了本章中所講的 宏任務(wù)(macrotask) 外，還有在 微任務(wù)隊列[2] 一章中提到的 微任務(wù)(microtask)。

微任務(wù)僅來(lái)自于我們的代碼。它們通常是由 promise 創(chuàng )建的：對 .then/catch/finally 處理程序的執行會(huì )成為微任務(wù)。微任務(wù)也被用于  await 的“幕后”，因為它是 promise 處理的另一種形式。

還有一個(gè)特殊的函數 queueMicrotask(func)，它對 func 進(jìn)行排隊，以在微任務(wù)隊列中執行。

每個(gè)宏任務(wù)之后，引擎會(huì )立即執行微任務(wù)隊列中的所有任務(wù)，然后再執行其他的宏任務(wù)，或渲染，或進(jìn)行其他任何操作。

例如，看看下面這個(gè)示例：

setTimeout(() => alert("timeout"));  Promise.resolve()   .then(() => alert("promise"));  alert("code");

這里的執行順序是怎樣的?

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2. code 首先顯示，因為它是常規的同步調用。

3. promise 第二個(gè)出現，因為 then 會(huì )通過(guò)微任務(wù)隊列，并在當前代碼之后執行。

4. timeout 最后顯示，因為它是一個(gè)宏任務(wù)。

更詳細的事件循環(huán)圖示如下(順序是從上到下，即：首先是腳本，然后是微任務(wù)，渲染等)：

微任務(wù)會(huì )在執行任何其他事件處理，或渲染，或執行任何其他宏任務(wù)之前完成。

這很重要，因為它確保了微任務(wù)之間的應用程序環(huán)境基本相同(沒(méi)有鼠標坐標更改，沒(méi)有新的網(wǎng)絡(luò )數據等)。

如果我們想要異步執行(在當前代碼之后)一個(gè)函數，但是要在更改被渲染或新事件被處理之前執行，那么我們可以使用 queueMicrotask  來(lái)對其進(jìn)行安排(schedule)。

這是一個(gè)與前面那個(gè)例子類(lèi)似的，帶有“計數進(jìn)度條”的示例，但是它使用了 queueMicrotask而不是  setTimeout。你可以看到它在最后才渲染。就像寫(xiě)的是同步代碼一樣：

<div id="progress"></div>  <script>   let i = 0;    function count() {      // 做繁重的任務(wù)的一部分 (*)     do {       i++;       progress.innerHTML = i;     } while (i % 1e3 != 0);      if (i < 1e6) {       queueMicrotask(count);     }    }    count(); </script>

總結

更詳細的事件循環(huán)算法(盡管與 規范[3] 相比仍然是簡(jiǎn)化過(guò)的)：

1.從 宏任務(wù) 隊列(例如 "script")中出隊(dequeue)并執行最早的任務(wù)。

2.執行所有 微任務(wù)：

• 出隊(dequeue)并執行最早的微任務(wù)。

• 當微任務(wù)隊列非空時(shí)：

3.執行渲染，如果有。

4.如果宏任務(wù)隊列為空，則休眠直到出現宏任務(wù)。

5.轉到步驟 1。

安排(schedule)一個(gè)新的 宏任務(wù)：

• 使用零延遲的 setTimeout(f)。

它可被用于將繁重的計算任務(wù)拆分成多個(gè)部分，以使瀏覽器能夠對用戶(hù)事件作出反應，并在任務(wù)的各部分之間顯示任務(wù)進(jìn)度。

此外，也被用于在事件處理程序中，將一個(gè)行為(action)安排(schedule)在事件被完全處理(冒泡完成)后。

安排一個(gè)新的 微任務(wù)：

• 使用 queueMicrotask(f)。

• promise 處理程序也會(huì )通過(guò)微任務(wù)隊列。

在微任務(wù)之間沒(méi)有 UI 或網(wǎng)絡(luò )事件的處理：它們一個(gè)立即接一個(gè)地執行。

所以，我們可以使用 queueMicrotask 來(lái)在保持環(huán)境狀態(tài)一致的情況下，異步地執行一個(gè)函數。

Web Workers:

對于不應該阻塞事件循環(huán)的耗時(shí)長(cháng)的繁重計算任務(wù)，我們可以使用 Web Workers[4]。

這是在另一個(gè)并行線(xiàn)程中運行代碼的方式。

Web Workers 可以與主線(xiàn)程交換消息，但是它們具有自己的變量和事件循環(huán)。

Web Workers 沒(méi)有訪(fǎng)問(wèn) DOM 的權限，因此，它們對于同時(shí)使用多個(gè) CPU 內核的計算非常有用。