JavaScript 事件循环讲座：揭开异步编程的神秘面纱

大家好，欢迎来到今天的JavaScript讲座！今天我们要聊的是JavaScript中一个非常重要的概念——事件循环（Event Loop）。如果你经常写JavaScript代码，尤其是涉及到异步操作、定时器、回调函数等，那么理解事件循环将帮助你更好地掌控代码的执行顺序，避免一些常见的坑。

1. 从同步到异步：JavaScript的世界观

首先，我们来回顾一下JavaScript的基本特性。JavaScript是一门单线程的语言，这意味着它在同一时间只能做一件事情。想象一下，你正在厨房里做饭，但你只有一双手，一次只能炒一道菜。如果这道菜需要很长时间才能完成（比如炖汤），你会怎么做？当然是先把火开着，去做其他事情，等汤炖好了再回来处理它。

在JavaScript中，这种“先做其他事情，等任务完成了再回来处理”的机制就是异步编程。而事件循环正是实现异步编程的核心机制。

什么是同步和异步？

• 同步（Synchronous）：代码按顺序执行，前面的任务必须完成后，后面的任务才能开始。就像排队买票，前面的人不走，后面的人就无法前进。

• 异步（Asynchronous）：代码可以并行执行，某些任务可以在后台进行，不会阻塞主线程。就像你在厨房里炖汤的同时，还可以切菜、洗碗，等到汤炖好了再处理它。

2. JavaScript的执行环境

在深入探讨事件循环之前，我们需要先了解一下JavaScript的执行环境。JavaScript的执行环境由以下几个部分组成：

• 调用栈（Call Stack）：用于存储函数调用的顺序。每次调用一个函数，就会将其压入栈中；当函数执行完毕后，会从栈中弹出。

• 任务队列（Task Queue）：用于存储宏任务（Macrotasks），如setTimeout、setInterval、I/O操作等。这些任务会在当前任务执行完毕后依次进入调用栈执行。

• 微任务队列（Microtask Queue）：用于存储微任务（Microtasks），如Promise、process.nextTick等。微任务会在每次事件循环的末尾执行，优先于宏任务。

调用栈的工作原理

调用栈是一个后进先出（LIFO）的数据结构。我们可以用一个简单的例子来说明它的工作原理：

function greet() {
  console.log("Hello, World!");
}

function main() {
  greet();
  console.log("End of main function.");
}

main();

执行这段代码时，调用栈的变化如下：

时间	调用栈
t=0
t=1	main
t=2	main → greet
t=3	main
t=4

在这个过程中，greet函数被调用后立即执行，执行完毕后从栈中弹出，接着继续执行main函数中的剩余代码。

宏任务与微任务的区别

宏任务和微任务是事件循环中的两个重要概念。它们的区别在于执行时机和优先级：

• 宏任务：每次事件循环只会执行一个宏任务，执行完后才会检查微任务队列。常见的宏任务包括：

  • setTimeout
  • setInterval
  • I/O操作
  • UI渲染

• 微任务：每次事件循环的末尾会执行所有微任务，直到微任务队列为空。常见的微任务包括：

  • Promise
  • process.nextTick（Node.js）
  • MutationObserver

一个经典的例子

让我们通过一个例子来理解宏任务和微任务的执行顺序：

console.log('Script start');

setTimeout(() => {
  console.log('Timeout 1');
}, 0);

Promise.resolve().then(() => {
  console.log('Promise 1');
});

console.log('Script end');

输出结果是什么？让我们一步一步分析：

1. console.log('Script start') 执行，输出 "Script start"。
2. setTimeout 设置了一个0毫秒的延迟，但它仍然是一个宏任务，所以它会被放入任务队列中，等待当前任务执行完毕。
3. Promise.resolve().then() 是一个微任务，它会被立即放入微任务队列中。
4. console.log('Script end') 执行，输出 "Script end"。
5. 当前任务执行完毕后，事件循环进入微任务队列，执行 Promise 1，输出 "Promise 1"。
6. 最后，事件循环回到任务队列，执行 setTimeout 中的回调函数，输出 "Timeout 1"。

因此，最终的输出顺序是：

Script start
Script end
Promise 1
Timeout 1

3. 事件循环的工作流程

现在我们已经了解了调用栈、宏任务和微任务的概念，接下来让我们看看事件循环的具体工作流程。

事件循环的步骤

事件循环的每一次迭代（也称为“tick”）都会按照以下步骤执行：

1. 执行当前的宏任务：从任务队列中取出一个宏任务，并将其压入调用栈中执行。
2. 清空微任务队列：执行所有当前的微任务，直到微任务队列为空。
3. 渲染页面（可选）：在浏览器环境中，事件循环可能会在每次迭代后重新渲染页面。
4. 检查任务队列：如果有新的宏任务进入任务队列，则继续下一次迭代；否则，等待新的任务到来。

事件循环的可视化

为了更好地理解事件循环的工作流程，我们可以用表格来表示每个阶段的状态：

阶段	调用栈	任务队列	微任务队列	输出
初始状态
执行同步代码	main			Script start
	main		Promise 1	Script end
清空微任务队列	main			Promise 1
执行宏任务		Timeout 1
清空微任务队列
执行宏任务	Timeout 1			Timeout 1

4. 实战演练：编写异步代码

理解了事件循环之后，我们可以通过一些实际的代码来巩固我们的知识。下面是一些常见的异步编程场景，以及它们在事件循环中的表现。

场景1：多个setTimeout的执行顺序

console.log('Start');

setTimeout(() => {
  console.log('Timeout 1');
}, 0);

setTimeout(() => {
  console.log('Timeout 2');
}, 0);

console.log('End');

输出顺序是：

Start
End
Timeout 1
Timeout 2

虽然两个setTimeout都设置了0毫秒的延迟，但它们仍然是宏任务，因此会在当前任务执行完毕后依次进入任务队列，等待执行。

场景2：Promise与setTimeout的混合使用

console.log('Start');

setTimeout(() => {
  console.log('Timeout');
}, 0);

Promise.resolve().then(() => {
  console.log('Promise 1');
}).then(() => {
  console.log('Promise 2');
});

console.log('End');

输出顺序是：

Start
End
Promise 1
Promise 2
Timeout

Promise是微任务，因此它会在当前任务执行完毕后立即执行，而setTimeout是宏任务，会在微任务执行完毕后再执行。

场景3：setImmediate与setTimeout的对比（Node.js）

在Node.js环境中，setImmediate和setTimeout的行为有所不同。setImmediate会在当前事件循环的末尾执行，而setTimeout则会在下一个事件循环中执行。

console.log('Start');

setTimeout(() => {
  console.log('Timeout');
}, 0);

setImmediate(() => {
  console.log('Immediate');
});

console.log('End');

输出顺序是：

Start
End
Immediate
Timeout

5. 总结

通过今天的讲座，我们深入了解了JavaScript的事件循环机制。我们学习了调用栈、宏任务和微任务的概念，以及它们在事件循环中的执行顺序。掌握了这些知识，你将能够更好地理解和优化你的异步代码，避免一些常见的陷阱。

关键点回顾

• 调用栈：用于存储函数调用的顺序。
• 宏任务：每次事件循环只会执行一个宏任务，常见的宏任务包括setTimeout、setInterval等。
• 微任务：每次事件循环的末尾会执行所有微任务，常见的微任务包括Promise、process.nextTick等。
• 事件循环：JavaScript的执行机制，负责管理同步和异步任务的执行顺序。

希望今天的讲座对你有所帮助！如果你有任何问题或想法，欢迎在评论区留言讨论。下次见！ 😄

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参考资料：

• MDN Web Docs: Event Loop
• Node.js Documentation: Event Loop
• You Don’t Know JS (book series) by Kyle Simpson