一文读懂什么是Event Loop

Event Loop是一种用于处理异步事件和编写非阻塞代码的计算机程序执行模型，它在现代Web开发中占据着极其重要的地位。本文将深入介绍Event Loop的工作原理、任务分类以及应用场景，帮助读者更加全面深入地了解这个概念。

一、工作原理

1. JavaScript是单线程语言，在执行代码时只能同时处理一个任务。如果JS脚本中执行的任务发生阻塞或耗时较长，就会导致整个页面变得迟缓或无响应。为了解决这个问题，Event Loop应运而生。
2. Event Loop的工作逻辑很简单：在主线程中不断执行代码和处理事件，如果当前没有事件需要处理，则等待事件的到来。所有的事件都被放置在一个先进先出的队列中，由Event Loop在下一个tick时挨个处理。每个tick中分为宏任务和微任务两种类型的任务。
   • 宏任务通过setTimeout、setInterval、script（整体代码）、I/O等方式添加到事件队列尾部；
   • 微任务则有Promise.then()、process.nextTick、Object.observe等方式添加到事件队列头部；
3. 每个宏任务执行之前，会先执行所有已经排队的微任务。同样，某一个宏任务也可能包含多个微任务。这种任务队列的管理方式保证了异步任务的执行顺序，同时也保证了主线程能够执行其它的任务而不会被堵塞。

二、任务分类

前面已经简单介绍了宏任务和微任务，下面将这两者进行详细解释。

2.1 宏任务

常见的宏任务有setTimeout/setInterval、I/O和事件等待。JavaScript中的宏任务是基于“事件驱动”的模式来执行的。例如：

console.log('1');

setTimeout(function () {
  console.log('2');
}, 0);

console.log('3');

在这个例子中，先执行的是第一行打印’1’，然后添加了一个定时器事件，再往下输出’3’，最后才是定时器事件的回调函数输出’2’。由于定时器的时间为0毫秒，实际上并没有等待什么时间，而是将回调函数添加至宏任务队列，在下一个tick（巨幕队列末尾）时开始执行。

2.2 微任务

微任务就是宏任务中的一组小任务，其产生的结果可以被宏任务所支配。它们必须在当前tick结束前执行，否则可能导致下一个tick中无法正常执行。常见的微任务有Promise.then()、Process.nextTick Node.js特有API和Object.observe。

需要注意的是，同一个宏任务内部产生的微任务会先于下一个宏任务执行。例如：

console.log('1');

setTimeout(function () {
  console.log('2');
  Promise.resolve().then(function () {
    console.log('3');
  });
}, 0);

Promise.resolve().then(function () {
  console.log('4');
});

console.log('5');

输出的结果为：1，5，4, 2, 3。解析过程如下：

1. 第一个tick
   • 首先打印出’1’，然后执行Promise.then()微任务，在微任务队列头部添加了输出’4’的任务。
   • 现在宏任务队列中只有一个定时器事件，该事件被分配到下一个tick执行。
2. 第二个tick
   • 开始执行定时器事件，输出’2’。
   • 接着，该定时器事件中产生了一个Promise.then()，将其添加到本轮的微任务队列中。
   • 当前轮次的所有宏任务执行完毕，开始处理本轮的微任务队列，输出’4’，再输出’3’。
3. 于是输出的结果为1，5，4, 2, 3。

三、应用场景

1. Event Loop在Web开发中经常用来处理异步编程。例如，在从服务端获取数据时就需要使用异步的Ajax请求，否则会造成页面等待时间过长，用户体验差，还可能导致浏览器崩溃。而Event Loop的存在，则可以使得前端工程师更加容易地管理这些异步任务。

2. 在Node.js中也广泛使用了Event Loop来处理I/O操作。Node.js中提供了多种API接口，例如fs、net或者http模块，这些模块都是基于回调函数实现异步操作，避免了阻塞主线程。

• 总之，无论是前端开发、后端开发还是移动开发，Event Loop都扮演着至关重要的角色。学习掌握Event Loop，对于你实现高效并且流畅的异步计算和优化性能都是非常有帮助的。

四、示例

以下是一些代码示例，用来说明Event Loop的工作机制：

1. 宏任务和微任务的执行顺序示例

// 同步任务，输出 '1'
console.log('1');

setTimeout(() => {
  // 定时器回调函数，宏任务
  console.log('2 - Macro Task');
  // 添加一个微任务到队列中
  Promise.resolve().then(() => console.log('3 - Micro Task'));
}, 0);
// 添加一个微任务到队列中
Promise.resolve().then(() => console.log('4 - Micro Task'));
// 同步任务，输出 '5'
console.log('5');

上述代码输出结果为：

1
5
4 - Micro Task
2 - Macro Task
3 - Micro Task

解释如下：

• 先输出 ‘1’
• 添加 setTimeout 回调函数到宏任务队列中。
• 添加第一个 Promise 的回调函数（进行微任务）到微任务队列中。
• 输出 ‘5’
• 执行微任务队列中的第一个任务，并输出 ‘4 - Micro Task’
• 开始执行宏任务队列，把排在队首的 setTimeout 回调函数执行，输出 ‘2 - Macro Task’。然后添加 Promise 的回调函数到微任务队列中
• 执行微任务队列中的第一个任务，并输出 ‘3 - Micro Task’

2. 在Node.js中使用Event Loop：

const fs = require('fs');

console.log('Start reading a file...'); // 同步输出提示信息

fs.readFile('file.md', 'utf-8', (err, content) => { // 异步读取文件内容
  if (err) {
    console.log('Error:', err); // 如果报错打印错误信息
    return;
  }

  console.log(content); // 异步输出文件内容
});

console.log('Carry on executing...'); // 同步输出提示信息

• 上面的代码中，Node.js通过fs模块提供了异步读取文件的方法readFile。整个读取文件的过程是异步非阻塞的。程序会在执行readFile之后立即执行输出 ‘Carry on executing…’，然后等到readFile任务完成时，Event Loop再去检测并执行回调函数，并输出读取的文件内容。

• 综上所述，Event Loop 对于异步编程以及I/O模型等方面都有着广泛应用，是Web开发中必不可少的一部分。