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JavaScript内核与高级编程之：`JavaScript`的`Event Loop`：`microtask`和`macrotask`的调度差异。

各位朋友们，晚上好！我是你们的老朋友，今天咱们聊聊JavaScript里那个神秘又关键的家伙——Event Loop。别怕，虽然名字听起来高大上，但实际上理解它，就能让你在JavaScript的世界里少走弯路，写出更高效的代码。

今天咱们的重点是 Event Loop 里的两位主角：microtask 和 macrotask，以及它们之间“相爱相杀”的调度差异。准备好了吗？Let’s dive in!

一、Event Loop：JavaScript 的“心脏”

想象一下，你是一位乐队指挥家，JavaScript 代码就是乐谱，而 Event Loop 就是你挥舞的指挥棒。它控制着 JavaScript 如何执行任务，保证我们的代码能够有条不紊地运行。

简单来说，Event Loop 的工作流程如下：

  1. 执行栈（Call Stack）： 这是一个 LIFO（后进先出）的栈，JavaScript 代码在这里执行。
  2. 任务队列（Task Queue）： 这里存放着待执行的任务，分为 macrotask 队列和 microtask 队列。
  3. Event Loop： 它不断地从任务队列中取出任务，放入执行栈中执行。

这个循环不断进行，所以我们称之为 Event Loop。 就像一个永动机，不停地驱动着 JavaScript 程序的运行。

二、Macrotask：重量级选手

Macrotask 可以理解为“宏任务”，是一些比较耗时的任务，比如：

  • setTimeout
  • setInterval
  • setImmediate (Node.js)
  • I/O 操作 (例如：文件读取、网络请求)
  • UI 渲染

可以把macrotask想象成一些重量级的选手，他们需要更多的资源和时间来完成任务。

三、Microtask：轻量级选手

Microtask 可以理解为“微任务”，是一些相对轻量级的任务，比如：

  • Promise.then、Promise.catch、Promise.finally
  • queueMicrotask (现代浏览器提供)
  • MutationObserver (监听 DOM 变化的 API)
  • process.nextTick (Node.js)

Microtask 就像一些身手敏捷的选手，他们可以在更短的时间内完成任务。

四、Macrotask 和 Microtask 的调度差异：一场赛跑

现在，到了最关键的部分：Macrotask 和 Microtask 的调度差异。 简单来说，它们之间的关系可以理解为一场赛跑，但规则有点特殊：

  1. 每次 Event Loop 循环，都会先执行一个 Macrotask。 可以理解为“先干一件大事”。
  2. 执行完一个 Macrotask 后，会立即执行所有可执行的 Microtask。 可以理解为“把所有小事立刻处理完”。
  3. 然后再进入下一个 Event Loop 循环，继续执行 Macrotask。

这个过程可以用一个简单的流程图来表示：

[Macrotask 队列] --> 执行一个 Macrotask --> [Microtask 队列] --> 执行所有 Microtask --> [Macrotask 队列] --> ...

重点： Microtask 会在 Macrotask 之后、下一个 Macrotask 之前尽可能快地执行完毕。 这就意味着，如果在 Microtask 队列中不断添加新的 Microtask，可能会导致 Microtask 队列“饿死” Macrotask 队列，造成页面卡顿。

五、代码示例：理解调度差异

光说不练假把式，我们来通过几个代码示例，深入理解 Macrotask 和 Microtask 的调度差异。

示例 1：简单的 Promise 和 setTimeout

console.log('script start');

setTimeout(function() {
  console.log('setTimeout');
}, 0);

Promise.resolve().then(function() {
  console.log('promise1');
}).then(function() {
  console.log('promise2');
});

console.log('script end');

这段代码的执行顺序是什么呢？

  1. console.log('script start'); // 输出 "script start"
  2. setTimeout(...) // 将 setTimeout 的回调函数放入 Macrotask 队列
  3. Promise.resolve().then(...) // 将第一个 then 的回调函数放入 Microtask 队列
  4. console.log('script end'); // 输出 "script end"
  5. 第一个 Macrotask 执行完毕，开始执行 Microtask 队列中的所有 Microtask。
  6. console.log('promise1'); // 输出 "promise1"
  7. console.log('promise2'); // 输出 "promise2" （因为第一个 then 返回的也是一个 Promise，所以会链式调用）
  8. Microtask 队列执行完毕，进入下一个 Event Loop 循环，执行 Macrotask 队列中的 setTimeout 回调函数。
  9. console.log('setTimeout'); // 输出 "setTimeout"

所以，最终的输出结果是：

script start
script end
promise1
promise2
setTimeout

示例 2：多个 Promise 和 setTimeout

console.log('script start');

setTimeout(function() {
  console.log('setTimeout1');
}, 0);

setTimeout(function() {
  console.log('setTimeout2');
}, 0);

Promise.resolve().then(function() {
  console.log('promise1');
});

Promise.resolve().then(function() {
  console.log('promise2');
});

console.log('script end');

这段代码的执行顺序又是什么呢？

  1. console.log('script start');
  2. setTimeout(...) (第一个) // 加入 macrotask 队列
  3. setTimeout(...) (第二个) // 加入 macrotask 队列
  4. Promise.resolve().then(...) (第一个) // 加入 microtask 队列
  5. Promise.resolve().then(...) (第二个) // 加入 microtask 队列
  6. console.log('script end');
  7. 执行 microtask 队列: promise1, promise2
  8. 执行 macrotask 队列中的第一个任务 setTimeout1
  9. 执行 macrotask 队列中的第二个任务 setTimeout2

最终的输出结果是：

script start
script end
promise1
promise2
setTimeout1
setTimeout2

示例 3：嵌套的 Promise

console.log('script start');

setTimeout(function() {
  console.log('setTimeout');
}, 0);

Promise.resolve().then(function() {
  console.log('promise1');
  return Promise.resolve(); // 返回一个新的 Promise
}).then(function() {
  console.log('promise2');
});

console.log('script end');

这段代码的关键在于，第一个 then 中返回了一个新的 Promise。 这意味着，promise2 的回调函数会作为新的 Microtask 加入队列，并且会在 promise1 执行之后、下一个 Macrotask 之前执行。

最终的输出结果是：

script start
script end
promise1
promise2
setTimeout

示例 4：使用 queueMicrotask

现代浏览器提供了一个 queueMicrotask 函数，可以显式地将一个函数放入 Microtask 队列。

console.log('script start');

queueMicrotask(() => {
  console.log('queueMicrotask');
});

Promise.resolve().then(() => {
  console.log('promise');
});

console.log('script end');

这段代码的执行顺序是：

  1. console.log('script start');
  2. queueMicrotask(...) // 加入 microtask 队列
  3. Promise.resolve().then(...) // 加入 microtask 队列
  4. console.log('script end');
  5. 执行 microtask 队列: queueMicrotask, promise

最终的输出结果是：

script start
script end
queueMicrotask
promise

六、总结：理解 Event Loop 的意义

理解 Event Loop，特别是 Macrotask 和 Microtask 的调度差异，对于编写高性能的 JavaScript 代码至关重要。

  • 避免长时间的 Microtask 队列： 如果在 Microtask 队列中不断添加新的 Microtask，可能会导致页面卡顿。尽量将耗时操作放入 Macrotask 中。
  • 合理利用 Promise： Promise 可以让我们更优雅地处理异步操作，并且能够保证 Microtask 的执行顺序。
  • 理解异步代码的执行顺序： 只有理解了 Event Loop，才能真正掌握 JavaScript 的异步编程，避免出现意料之外的 Bug。

七、一些补充说明（Q&A 环节）

  • 为什么 setTimeout 的延迟时间不准确？

    因为 setTimeout 的回调函数会被放入 Macrotask 队列，而 Macrotask 的执行时机受到其他任务的影响。 如果执行栈中有耗时的任务，或者 Microtask 队列中有大量的任务，都会延迟 setTimeout 的执行。

  • 如何避免 Event Loop 阻塞？

    • 尽量减少同步代码的执行时间。
    • 将耗时操作放入 Web Worker 中执行，避免阻塞主线程。
    • 合理使用 Promise 和 async/await，避免出现回调地狱。
    • 注意控制 Microtask 队列的大小，避免“饿死” Macrotask 队列。

  • Node.js 的 Event Loop 和浏览器中的 Event Loop 有什么区别？

    Node.js 的 Event Loop 和浏览器中的 Event Loop 基本原理相同，但也有一些差异。 例如，Node.js 中有 process.nextTick 和 setImmediate，它们与浏览器的 setTimeout 和 Promise 在调度上有一些细微的差别。

八、表格总结

为了方便大家记忆，我把 Macrotask 和 Microtask 的主要区别总结在一个表格里：

特性 Macrotask Microtask
任务类型 宏任务，通常是耗时较长的任务 微任务，通常是轻量级的任务
常见任务 setTimeout、setInterval、I/O、UI 渲染等 Promise.then、MutationObserver、queueMicrotask
执行时机 每个 Event Loop 循环执行一个 在一个 Macrotask 执行完毕后，立即执行所有 Microtask
对性能的影响 可能会导致页面卡顿，需要注意优化 如果队列过长，也可能导致页面卡顿，需要注意控制

九、结束语

好了，今天的 Event Loop 讲座就到这里。 希望通过今天的讲解，大家能够对 JavaScript 的 Event Loop 有更深入的理解，并且能够在实际开发中灵活运用。 记住，掌握 Event Loop，你就掌握了 JavaScript 的“心脏”！

谢谢大家！下次再见！

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