从Promise来看JavaScript中的Event Loop、Tasks和Microtasks

摘要: 套路很深…

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看到过下面这样一道题:

(function test() {
setTimeout(function() {console.log(4)}, 0);
new Promise(function executor(resolve) {
console.log(1);
for( var i=0 ; i<10000 ; i++ ) {
i == 9999 && resolve();
}
console.log(2);
}).then(function() {
console.log(5);
});
console.log(3);
})()

为什么输出结果是1,2,3,5,4而非1,2,3,4,5

比较难回答,但我们可以首先说一说可以从输出结果反推出的结论:

  • Promise.then是异步执行的,而创建Promise实例(executor)是同步执行的。
  • setTimeout的异步和Promise.then的异步看起来 “不太一样” ——至少是不在同一个队列中。

相关规范摘录

在解答问题前,我们必须先去了解相关的知识。(这部分相当枯燥,想看结论的同学可以跳到最后即可。)

Promise/A+规范

要想找到原因,最自然的做法就是去看规范。我们首先去看看Promise的规范

摘录promise.then相关的部分如下:

promise.then(onFulfilled, onRejected)

2.2.4 onFulfilled or onRejected must not be called until the execution context stack contains only platform code. [3.1].

Here “platform code” means engine, environment, and promise implementation code. In practice, this requirement ensures that onFulfilled and onRejected execute asynchronously, after the event loop turn in which then is called, and with a fresh stack. This can be implemented with either a “macro-task” mechanism such as setTimeout or setImmediate, or with a “micro-task” mechanism such as MutationObserver or process.nextTick. Since the promise implementation is considered platform code, it may itself contain a task-scheduling queue or “trampoline” in which the handlers are called.

规范要求,onFulfilled必须在 执行上下文栈(execution context stack) 只包含 平台代码(platform code) 后才能执行。平台代码指 引擎,环境,Promise实现代码。实践上来说,这个要求保证了onFulfilled的异步执行(以全新的栈),在then被调用的这个事件循环之后。

规范的实现可以通过 macro-task 机制,比如setTimeoutsetImmediate,或者 micro-task 机制,比如MutationObserver或者process.nextTick。因为promise的实现被认为是平台代码,所以可以自己包涵一个task-scheduling队列或者trampoline

通过对规范的翻译和解读,我们可以确定的是promise.then是异步的,但它的实现又是平台相关的。要继续解答我们的疑问,必须理解下面几个概念:

  • Event Loop,应该算是一个前置的概念,理解它才能理解浏览器的异步工作流程。
  • macro-task 机制和 micro-task 机制,这组概念很新,之前根本没听过,但却是解决问题的核心。

Event Loop规范

HTML5规范里有Event loops这一章节(读起来比较晦涩,只关注相关部分即可)。

  • 每个浏览器环境,至多有一个event loop。
  • 一个event loop可以有1个或多个task queue。
  • 一个task queue是一列有序的task,用来做以下工作:Events task,Parsing task, Callbackstask, Using a resource task, Reacting to DOM manipulation task等。

每个task都有自己相关的document,比如一个task在某个element的上下文中进入队列,那么它的document就是这个element的document。

每个task定义时都有一个task source,从同一个task source来的task必须放到同一个task queue,从不同源来的则被添加到不同队列。

每个(task source对应的)task queue都保证自己队列的先进先出的执行顺序,但event loop的每个turn,是由浏览器决定从哪个task source挑选task。这允许浏览器为不同的task source设置不同的优先级,比如为用户交互设置更高优先级来使用户感觉流畅。

Jobs and Job Queues规范

本来应该接着上面Event Loop的话题继续深入,讲macro-task和micro-task,但先不急,我们跳到ES2015规范,看看Jobs and Job Queues这一新增的概念,它有点类似于上面提到的task queue

一个Job Queue是一个先进先出的队列。一个ECMAScript实现必须至少包含以下两个Job Queue

NamePurpose
ScriptJobsJobs that validate and evaluate ECMAScript Script and Module source text. See clauses 10 and 15.
PromiseJobsJobs that are responses to the settlement of a Promise (see 25.4).

单个Job Queue中的PendingJob总是按序(先进先出)执行,但多个Job Queue可能会交错执行。

跟随PromiseJobs到25.4章节,可以看到PerformPromiseThen ( promise, onFulfilled, onRejected, resultCapability )

这里我们看到,promise.then的执行其实是向PromiseJobs添加Job。

event loop怎么处理tasks和microtasks?

好了,现在可以让我们真正来深入task(macro-task)和micro-task。

认真说,规范并没有包括macro-task 和 micro-task这部分概念的描述,但阅读一些大神的博文以及从规范相关概念推测,以下所提到的在我看来,是合理的解释。但是请看文章的同学辩证和批判地看。

首先,micro-task在ES2015规范中称为Job。 其次,macro-task代指task。

哇,所以我们可以结合前面的规范,来讲一讲Event Loop(事件循环)是怎么来处理task和microtask的了。

  • 每个线程有自己的事件循环,所以每个web worker有自己的,所以它才可以独立执行。然而,所有同属一个origin的windows共享一个事件循环,所以它们可以同步交流。
  • 事件循环不间断在跑,执行任何进入队列的task。
  • 一个事件循环可以有多个task source,每个task source保证自己的任务列表的执行顺序,但由浏览器在(事件循环的)每轮中挑选某个task source的task。
  • tasks are scheduled,所以浏览器可以从内部到JS/DOM,保证动作按序发生。在tasks之间,浏览器可能会render updates。从鼠标点击到事件回调需要schedule task,解析html,setTimeout这些都需要。
  • microtasks are scheduled,经常是为需要直接在当前脚本执行完后立即发生的事,比如async某些动作但不必承担新开task的弊端。microtask queue在回调之后执行,只要没有其它JS在执行中,并且在每个task的结尾。microtask中添加的microtask也被添加到microtask queue的末尾并处理。microtask包括mutation observer callbackspromise callbacks

结论

定位到开头的题目,流程如下:

  • 当前task运行,执行代码。首先setTimeout的callback被添加到tasks queue中;
  • 实例化promise,输出 1; promise resolved;输出 2;
  • promise.then的callback被添加到microtasks queue中;
  • 输出 3;
  • 已到当前task的end,执行microtasks,输出 5;
  • 执行下一个task,输出4

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