• 一道题理解setTimeout,Promise,async/await以及宏任务与微任务


    今天看到这样一道面试题:

    //请写出输出内容
    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');

    这道题主要考察的是事件循环中函数执行顺序的问题,其中包括async ,awaitsetTimeoutPromise函数。下面来说一下本题中涉及到的知识点。

    任务队列

    首先我们需要明白以下几件事情:

    • JS分为同步任务和异步任务
    • 同步任务都在主线程上执行,形成一个执行栈
    • 主线程之外,事件触发线程管理着一个任务队列,只要异步任务有了运行结果,就在任务队列之中放置一个事件。
    • 一旦执行栈中的所有同步任务执行完毕(此时JS引擎空闲),系统就会读取任务队列,将可运行的异步任务添加到可执行栈中,开始执行。

    根据规范,事件循环是通过任务队列的机制来进行协调的。一个 Event Loop 中,可以有一个或者多个任务队列(task queue),一个任务队列便是一系列有序任务(task)的集合;每个任务都有一个任务源(task source),源自同一个任务源的 task 必须放到同一个任务队列,从不同源来的则被添加到不同队列。 setTimeout/Promise 等API便是任务源,而进入任务队列的是他们指定的具体执行任务。

    宏任务

    (macro)task(又称之为宏任务),可以理解是每次执行栈执行的代码就是一个宏任务(包括每次从事件队列中获取一个事件回调并放到执行栈中执行)。

    浏览器为了能够使得JS内部(macro)task与DOM任务能够有序的执行,会在一个(macro)task执行结束后,在下一个(macro)task 执行开始前,对页面进行重新渲染,流程如下:

    (macro)task->渲染->(macro)task->...
    

    (macro)task主要包含:script(整体代码)、setTimeout、setInterval、I/O、UI交互事件、postMessage、MessageChannel、setImmediate(Node.js 环境)

    微任务

    microtask(又称为微任务),可以理解是在当前 task 执行结束后立即执行的任务。也就是说,在当前task任务后,下一个task之前,在渲染之前。

    所以它的响应速度相比setTimeout(setTimeout是task)会更快,因为无需等渲染。也就是说,在某一个macrotask执行完后,就会将在它执行期间产生的所有microtask都执行完毕(在渲染前)。

    microtask主要包含:Promise.then、MutaionObserver、process.nextTick(Node.js 环境)

    运行机制

    在事件循环中,每进行一次循环操作称为 tick,每一次 tick 的任务处理模型是比较复杂的,但关键步骤如下:

    • 执行一个宏任务(栈中没有就从事件队列中获取)
    • 执行过程中如果遇到微任务,就将它添加到微任务的任务队列中
    • 宏任务执行完毕后,立即执行当前微任务队列中的所有微任务(依次执行)
    • 当前宏任务执行完毕,开始检查渲染,然后GUI线程接管渲染
    • 渲染完毕后,JS线程继续接管,开始下一个宏任务(从事件队列中获取)

    流程图如下:

    Promise和async中的立即执行

    我们知道Promise中的异步体现在thencatch中,所以写在Promise中的代码是被当做同步任务立即执行的。而在async/await中,在出现await出现之前,其中的代码也是立即执行的。那么出现了await时候发生了什么呢?

    await做了什么

    从字面意思上看await就是等待,await 等待的是一个表达式,这个表达式的返回值可以是一个promise对象也可以是其他值。

    很多人以为await会一直等待之后的表达式执行完之后才会继续执行后面的代码,实际上await是一个让出线程的标志。await后面的表达式会先执行一遍,将await后面的代码加入到microtask中,然后就会跳出整个async函数来执行后面的代码。

    由于因为async await 本身就是promise+generator的语法糖。所以await后面的代码是microtask。所以对于本题中的

    async function async1() {
        console.log('async1 start');
        await async2();
        console.log('async1 end');
    }

    等价于

    async function async1() {
        console.log('async1 start');
        Promise.resolve(async2()).then(() => {
                    console.log('async1 end');
            })
    }

    回到本题

    以上就本道题涉及到的所有相关知识点了,下面我们再回到这道题来一步一步看看怎么回事儿。

    1. 首先,事件循环从宏任务(macrotask)队列开始,这个时候,宏任务队列中,只有一个script(整体代码)任务;当遇到任务源(task source)时,则会先分发任务到对应的任务队列中去。所以,上面例子的第一步执行如下图所示:

    2. 然后我们看到首先定义了两个async函数,接着往下看,然后遇到了 console 语句,直接输出 script start。输出之后,script 任务继续往下执行,遇到 setTimeout,其作为一个宏任务源,则会先将其任务分发到对应的队列中:

    3. script 任务继续往下执行,执行了async1()函数,前面讲过async函数中在await之前的代码是立即执行的,所以会立即输出async1 start

      遇到了await时,会将await后面的表达式执行一遍,所以就紧接着输出async2,然后将await后面的代码也就是console.log('async1 end')加入到microtask中的Promise队列中,接着跳出async1函数来执行后面的代码。

    4. script任务继续往下执行,遇到Promise实例。由于Promise中的函数是立即执行的,而后续的 .then 则会被分发到 microtask 的 Promise 队列中去。所以会先输出 promise1,然后执行 resolve,将 promise2 分配到对应队列。

    5. script任务继续往下执行,最后只有一句输出了 script end,至此,全局任务就执行完毕了。

      根据上述,每次执行完一个宏任务之后,会去检查是否存在 Microtasks;如果有,则执行 Microtasks 直至清空 Microtask Queue。

      因而在script任务执行完毕之后,开始查找清空微任务队列。此时,微任务中, Promise 队列有的两个任务async1 endpromise2,因此按先后顺序输出 async1 end,promise2。当所有的 Microtasks 执行完毕之后,表示第一轮的循环就结束了。

    6.  第二轮循环依旧从宏任务队列开始。此时宏任务中只有一个 setTimeout,取出直接输出即可,至此整个流程结束。

    下面我会改变一下代码来加深印象。

    变式一

    在第一个变式中我将async2中的函数也变成了Promise函数,代码如下:

    async function async1() {
        console.log('async1 start');
        await async2();
        console.log('async1 end');
    }
    async function async2() {
        //async2做出如下更改:
        new Promise(function(resolve) {
        console.log('promise1');
        resolve();
    }).then(function() {
        console.log('promise2');
        });
    }
    console.log('script start');
    
    setTimeout(function() {
        console.log('setTimeout');
    }, 0)
    async1();
    
    new Promise(function(resolve) {
        console.log('promise3');
        resolve();
    }).then(function() {
        console.log('promise4');
    });
    
    console.log('script end');

    可以先自己看看输出顺序会是什么,下面来公布结果:

    script start
    async1 start
    promise1
    promise3
    script end
    promise2
    async1 end
    promise4
    setTimeout

    在第一次macrotask执行完之后,也就是输出script end之后,会去清理所有microtask。所以会相继输出promise2 async1 end ,promise4,其余不再多说。

    变式二

    在第二个变式中,我将async1中await后面的代码和async2的代码都改为异步的,代码如下:

    async function async1() {
        console.log('async1 start');
        await async2();
        //更改如下:
        setTimeout(function() {
            console.log('setTimeout1')
        },0)
    }
    async function async2() {
        //更改如下:
        setTimeout(function() {
            console.log('setTimeout2')
        },0)
    }
    console.log('script start');
    
    setTimeout(function() {
        console.log('setTimeout3');
    }, 0)
    async1();
    
    new Promise(function(resolve) {
        console.log('promise1');
        resolve();
    }).then(function() {
        console.log('promise2');
    });
    console.log('script end');

    可以先自己看看输出顺序会是什么,下面来公布结果:

    script start
    async1 start
    promise1
    script end
    promise2
    setTimeout3
    setTimeout2
    setTimeout1

    在输出为promise2之后,接下来会按照加入setTimeout队列的顺序来依次输出,通过代码我们可以看到加入顺序为3 2 1,所以会按3,2,1的顺序来输出。

    变式三

    变式三是我在一篇面经中看到的原题,整体来说大同小异,代码如下:

    async function a1 () {
        console.log('a1 start')
        await a2()
        console.log('a1 end')
    }
    async function a2 () {
        console.log('a2')
    }
    
    console.log('script start')
    
    setTimeout(() => {
        console.log('setTimeout')
    }, 0)
    
    Promise.resolve().then(() => {
        console.log('promise1')
    })
    
    a1()
    
    let promise2 = new Promise((resolve) => {
        resolve('promise2.then')
        console.log('promise2')
    })
    
    promise2.then((res) => {
        console.log(res)
        Promise.resolve().then(() => {
            console.log('promise3')
        })
    })
    console.log('script end')

    无非是在微任务那块儿做点文章,前面的内容如果你都看懂了的话这道题一定没问题的,结果如下:

    script start
    a1 start
    a2
    promise2
    script end
    promise1
    a1 end
    promise2.then
    promise3
    setTimeout

    原文链接:https://github.com/Advanced-Frontend/Daily-Interview-Question/issues/7

    原本我对这些知识是一知半解的,看完大佬的文章,醍醐灌顶,瞬间全明白了,感谢他。

    最后总结一下,任务分为宏任务和微任务,一般宏任务之间呢会进行页面的渲染,在两个宏任务之间会先进行微任务

    所以,任务开始执行,然后遇到setimeout,把它丢到宏任务,本次宏任务执行完成再执行

    然后执行正常的代码,在async函数和promise中,都是同步的,所以这部分会先执行,算是宏任务,当遇到await时,会先执行await中的代码,然后会跳出当前函数,

    也就是说会把他后面的代码丢到微任务中(即文中的,由于因为async await 本身就是promise+generator的语法糖。所以await后面的代码是microtask。)

    当遇到promise中的resolve时,也会将它丢到微任务。

    当这一轮的宏任务都完成以后,就会按先后顺序执行微任务,先进入的任务先执行。

    最后再进行下一个宏任务,即setimeout。

    以上。记录于此,下次如果忘记了可以回来观看

    好记性不如烂笔头,看到自己觉得应该记录的知识点,结合自己的理解进行记录,用于以后回顾。
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