Javascript事件循环机制以及渲染引擎何时渲染UI

xaoyege 2019-06-26

JavaScript的一大特点就是单线程,而这个线程中拥有唯一的一个事件循环。

事件循环基本概念

  • JavaScript代码的执行过程中,除了依靠函数调用栈来搞定函数的执行顺序外,还依靠任务队列(task queue)来搞定另外一些代码的执行。
  • 一个线程中,事件循环是唯一的,但是任务队列可以拥有多个。
  • 任务队列又分为macro-task(宏任务)与micro-task(微任务),在最新标准中,它们被分别称为task与jobs。
  • macro-task大概包括:script(整体代码), setTimeout, setInterval, setImmediate, I/O, UI rendering。
  • micro-task大概包括: process.nextTick, Promise, Object.observe(已废弃), MutationObserver(html5新特性)
  • setTimeout/Promise等我们称之为任务源。而进入任务队列的是他们指定的具体执行任务。
// setTimeout中的回调函数才是进入任务队列的任务
setTimeout(function() {
    console.log('xxxx');
})
// 非常多的同学对于setTimeout的理解存在偏差。所以大概说一下误解:
// setTimeout作为一个任务分发器,这个函数会立即执行,而它所要分发的任务,也就是它的第一个参数,才是延迟执行
  • 来自不同任务源的任务会进入到不同的任务队列。其中setTimeout与setInterval是同源的。
  • 其中每一个任务的执行,无论是macro-task还是micro-task,都是借助函数调用栈来完成。

事件循环执行循序

事件循环的顺序,决定了JavaScript代码的执行顺序。它从script(整体代码)开始第一次循环。之后全局上下文进入函数调用栈。直到调用栈清空(只剩全局),然后执行所有的micro-task。当所有可执行的micro-task执行完毕之后,本轮循环结束。下一轮循环再次从macro-task开始,找到其中一个任务队列执行完毕,然后再执行所有的micro-task,这样一直循环下去。

当我们在执行setTimeout任务中遇到setTimeout时,它仍然会将对应的任务分发到setTimeout队列中去,但是该任务就得等到下一轮事件循环执行。

那么整个事件循环中何时进行ui render呢?

<div id="div">
    begin
</div>
setTimeout(function() {
    // 应该是这里执行前开始渲染ui,试试用alert阻塞下。
    alert(' ui 已经渲染完毕了吗? ');
    console.log('timeout1');
})

new Promise(function(resolve) {
    console.log('promise1');
    for(var i = 0; i < 1000; i++) {
        i == 99 && resolve();
    }
    console.log('promise2');
}).then(function() {
    console.log('then1');
    alert(' ui 开始渲染 ');
})

console.log('global1');

div.innerHTML = 'end';

上述代码中修改了div的内容,那么在执行那句js代码之后渲染引擎开始修改div的内容呢?

根据HTML Standard,一轮事件循环执行结束之后,下轮事件循环执行之前开始进行UI render。即:macro-task任务执行完毕,接着执行完所有的micro-task任务后,此时本轮循环结束,开始执行UI render。UI render完毕之后接着下一轮循环。

在chrome浏览器中执行以上代码,控制台先输出promise1,promise2,global1,then1(micro-task任务输出),弹出'ui 开始渲染'警告框,点击确定之后,页面中的'begin'变为'end',再弹出警告框'ui 已经渲染完毕了吗?' ,点击确认之后再输入timeout1.

再来一个稍微复杂一点的例子
<div class="outer" style="width:200px;height:200px;background-color: #ccc">
    1
    <div class="inner" style="width:100px;height:100px;background-color: #ddd">begin</div>
</div>
// Let's get hold of those elements
var outer = document.querySelector('.outer');
var inner = document.querySelector('.inner');

var i = 0;

// Let's listen for attribute changes on the
// outer element
new MutationObserver(function() {
    console.log('mutate');
}).observe(outer, {
    attributes: true
});

// Here's a click listener…
function onClick() {
    i++;

    if(i === 1) {
        inner.innerHTML = 'end';
    }

    console.log('click');

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

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


    outer.setAttribute('data-random', Math.random());
}

// …which we'll attach to both elements
inner.addEventListener('click', onClick);
outer.addEventListener('click', onClick);

当我们点击 inner div 时程序依次的执行顺序是:

  1. onclick 入 JS stack
  2. 打印出 click
  3. 将 timeout 压入到 macrotask
  4. 将 promise 压入到 microtask
  5. 修改 outer 属性 data-random
  6. 将 mutate 压入到 microtask,
  7. onclick 出 JS stack

此时,由于用户点击事件onclick产生的macrotask执行完毕,JS stack 清空,开始执行microtask.

  1. promise 入 JS stack
  2. 打印出 promise
  3. promise 出 JS stack
  4. mutate 入 JS stack
  5. 打印出 mutate
  6. mutate 出 JS stack

此时,microtask 执行完毕,JS stack 清空,但是由于事件冒泡,接着执行outer上的onclick事件.

  1. onclick 入 JS stack
  2. 打印出 click
  3. 将 timeout 压入到 macrotask
  4. 将 promise 压入到 microtask
  5. 修改 outer 属性 data-random
  6. 将 mutate 压入到 microtask,
  7. onclick 出 JS stack

此时,由于outer上的onclick事件产生的macrotask执行完毕,JS stack 清空,开始执行microtask.

  1. promise 入 JS stack
  2. 打印出 promise
  3. promise 出 JS stack
  4. mutate 入 JS stack
  5. 打印出 mutate
  6. mutate 出 JS stack

此时,本轮事件循环结束,UI 开始 render.

  1. 页面中inner的innerHTML变为end

此时,UI render 完毕,开始下一轮事件循环.

  1. timeout 入 JS stack
  2. 弹出警告 锚点.
  3. 打印出 timeout
  4. timeout 出 JS stack
  5. timeout 入 JS stack
  6. 弹出警告 锚点.
  7. 打印出 timeout
  8. timeout 出 JS stack

到此为止,整个事件执行完毕,我们可以看到在弹出警告框之前inner的内容已经改变

那如果不是用户点击事件触发onclick,而是js触发呢?
inner.addEventListener('click', onClick);
outer.addEventListener('click', onClick);
inner.click();

此时的执行顺序是:

  1. 首先是script(整体代码)入 JS stack
  2. onclick 入 JS stack
  3. 打印出 click
  4. 将 timeout 压入到 macrotask
  5. 将 promise 压入到 microtask
  6. 修改 outer 属性 data-random
  7. 将 mutate 压入到 microtask,
  8. onclick 出 JS stack

此时,inner 的 onclick 已经出 JS stack,但是script(整体代码)还没有出 JS stack,还不能执行microtask,由于冒泡,接着执行 outer 的 onclick.

  1. onclick 入 JS stack
  2. 打印出 click
  3. 将 timeout 压入到 macrotask
  4. 将 promise 压入到 microtask
  5. 修改 outer 属性 data-random

接着执行的outer.setAttribute('data-random', Math.random());,但是由于上一个mutation microtask还处于等待状态,不能再添加mutation microtask,所以这里不会将 mutate 压入到 microtask。接着执行:

  1. onclick 出 JS stack
  2. script(整体代码)出 JS stack

此时,inner.click()执行完毕,script(整体代码)已出 JS stack,JS stack 清空,开始执行mircotask.

  1. promise 入 JS stack
  2. 打印出 promise
  3. promise 出 JS stack
  4. mutate 入 JS stack
  5. 打印出 mutate
  6. mutate 出 JS stack
  7. promise 入 JS stack
  8. 打印出 promise
  9. promise 出 JS stack

此时,所有的mircotask执行完毕,本轮事件循环结束,UI 开始 render.

  1. 页面中inner的innerHTML变为end

此时,UI render 完毕,开始下一轮事件循环.

  1. timeout 入 JS stack
  2. 弹出警告 锚点.
  3. 打印出 timeout
  4. timeout 出 JS stack
  5. timeout 入 JS stack
  6. 弹出警告 锚点.
  7. 打印出 timeout
  8. timeout 出 JS stack

到此为止,整个事件执行完毕,我们可以看到在弹出警告框之前inner的内容已经改变

总结:首先执行macrotask,当js stack为空时执行microtask,接着开始UI render,接着再开始下一轮循环

参考文献:
深入核心,详解事件循环机制
Tasks, microtasks, queues and schedules

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