泡杯茶，我们坐下聊聊javascript事件环

栈和队列

在计算机内存中存取数据，基本的数据结构分为栈和队列。

栈（Stack）是一种后进先出的数据结构，注意，有时候也管栈叫做“堆栈”，但是“堆”又是另一种复杂的数据结构，它和栈完全是两码事。栈的特点是操作只在一端进行，一般来说，栈的操作只有两种：进栈和出栈。第一个进栈的数据总是最后一个才出来。

image.png

队列（Queue）和栈类似，但它是先进先出的数据结构，插入数据的操作从队列的一端进行，而删除的操作在另一端。

image.png

通俗的比喻栈就像是一个立好的桶，先放入栈的数据会放在桶底，出栈时会在桶口一一将数据取出，所以最先放入栈的数据总是最后一个才能取出。而队列就像是一个水管，最先放入队列的数据会第一个从队列的另一端流出，这是它们最大的区别。

在javascript中，函数的执行就一个典型的入栈与出栈的过程：

function fun1() {
    function fun2() {
        function fun3() {
            console.log('do it');
        }
        fun3();
    }
    fun2();
}
fun1();

在程序执行时，首先将fun1，fun2，fun3依次入栈，而在调用函数时，是先将fun3调用（出栈），再是fun2和fun1，试想一下，如果fun1先出栈，那么函数fun2和fun3必将丢失。

单线程和异步

在javascript这门语言中程序是单线程的，只有一个主线程，这是为什么？因为不难想像，最初javascript的设计是跑在浏览器中的脚本语言，如果设计成多线程，两个线程同时修改DOM那以谁的为准呢？所以javascript为单线程，在一个线程中代码会一句一句向下走，直到程序跑完，若中间有较为费时的操作，那也只能等着。

单线程的设计使得语言的执行效率很差，为了利用多核心CPU的性能，javascript语言支持异步代码，当有较为费时的操作时，可将任务写为异步执行，当一个异步任务还没有执行完时，主线程会将异步任务挂起，继续执行后面的同步代码，之后再回过头来看，如果有异步任务运行完了再执行它。

这种执行代码的方式其实很符合我们生活中的很多场景，比如小明同学下班回家了，他很渴，想烧水泡茶，如果是同步的执行方式那就是烧水，在水没开时小明像个傻子似的等着，等水开了再泡茶；若是异步执行，小明先开始烧水，然后就去干点别的事，比如看会电视、听听音乐，等水烧开了再去泡茶。明显第二种异步方式效率更高。

常见的异步操作都有哪些？有很多，我们可以罗列几个常见的：

• Ajax
• DOM的事件操作
• setTimeout
• Promise的then方法
• Node的读取文件

我们先来看一段代码：

//示例1
console.log(1);
setTimeout(function () {
    console.log(2);
}, 1000);
console.log(3);

这段代码非常简单，把它们放在浏览器中执行结果如下：

1
3
2

因为setTimeout函数延时了1000毫秒执行，因此先输出1和3，而2是过了1000毫秒之后再输出，这很合逻辑。

我们稍稍改动一下代码，将setTimeout的延时时间改为0：

//示例2
console.log(1);
setTimeout(function () {
    console.log(2);
}, 0); //0毫秒，不延时
console.log(3);

运行结果：

1
3
2

为什么延时了0毫秒还是最后输出的2？先别急，我们再来看一段代码：

//示例3
console.log(1);
setTimeout(function () {
    console.log(2);
}, 0);
Promise.resolve().then(function(){
    console.log(3);
});
console.log(4);

运行结果：

1
4
3
2

以上三段代码，如果你能正确的写出结果，并且能说明白为什么这样输出，说明你对javascript的事件环理解的很清楚，如果讲不出来，我们就一起聊聊这里面发生了什么，其实很有意思。

javascript是怎么执行的？

一开始先简单聊了聊基本的数据结构，它和我们现在说的事件环有什么关系么？当然有，首先要明确的一点是，javascript代码的执行全都在栈里，不论是同步代码还是异步代码，这个一定要清楚。

而代码我们大体上分为了同步代码和异步代码，其实异步代码还可以再分为两类：宏任务和微任务。

先别管什么是宏任务和微任务，往往这种高大上的术语不利于我们理解，我们先这么认为：宏，即是宏观的、大的；微即微观的、小的。

javascript是解释型语言，它的执行过程是这样的：

1. 从上到下依次解释每一条js语句
2. 若是同步任务，则压入一个栈（主线程）；如果是异步任务，就放到一个任务队列里
3. 开始执行栈里的同步任务，直到将栈里的所有任务都走完，此时栈清空了
4. 回过头看异步队列里如果有异步任务完成了，就生成一个事件并注册回调，压入栈中
5. 再返回第3步，直到异步队列都清空，程序运行结束

语言描述的费劲，不如看图：

image.png

通过以上的步骤可以看到，不论是同步还是异步，只要是执行的时候都是要在栈里执行的，而一遍又一遍的回头检查异步队列，这种执行方式 就是所谓的“事件环”。

明白了javascript的执行原理，我们就不难理解之前的第二段代码，为什么setTimeout为0时会最后执行，因为setTimeout是异步代码，必须要等所有的同步代码都执行完，才会执行异步队列。即使setTimeout执行得再快，它也不可能在同步代码之前执行。

浏览器中的事件环

聊了这么多，我们好像还没有说宏任务和微任务的话题呢，上面说了，异步任务又分为微任务和宏任务，那它们又是一个怎样的执行机制呢？

注意！微任务和宏任务的执行方式在浏览器和Node中有差异，有差异！重要的事我们多说几遍，以下我们讨论的是在浏览器的环境里。

在浏览器的执行环境中，总是先执行小的、微任务，再执行大的、宏任务，回过头再看看第三段代码，为什么Promise的then方法在setTimeout之前执行？其根本原理就是因为Promise的then方法是一个微任务，而setTimeout是一个宏任务。

接下来我们借用阮一峰老师的一张图来说明：

image.png

其实，以上这张图示我们可以再将它细化一点，这个图上的异步队列只画了一个，也就是说没有区分微任务队列和宏任务队列。我们可以脑补一下，在此图上多加一个微任务队列，当javascript执行时再多加一个判断，如果是微任务就加到微任务队列里，宏任务就加到宏任务队列里，在清空队列时，浏览器总会优先清空“微任务”。这样就把浏览器的事件环撤底说全了。

最后来一个大考，以下代码的运行结果是什么：

<script type="text/javascript">
    setTimeout(function () {
        console.log(1);
        Promise.resolve().then(function () {
            console.log(2);
        });
    });
    setTimeout(function () {
        console.log(3);
    });
    Promise.resolve().then(function () {
        console.log(4);
    });
    console.log(5);
</script>

将此代码拷到chrome中跑一下，结果是：

5
4
1
2
3

不妨我们试着分析一下为什么是这个结果，首先输出5，因为console.log(5)是同步代码，这没什么可说的。

之后将前两个setTimeout和最后一个Promise放入异步队列，注意它们的区分，此时执行完了同步代码之后发现微任务和宏任务队列中都有代码，按浏览器的事件环机制，优先执行微任务，此时输出4。

然后执行宏任务队列里的第一个setTimeout，输出1。

此时，setTimeout中又有一个Promise，放入微任务队列。

再次清空微任务队列，输出2。

最后宏任务队列里还有最后一个setTimeout，输出3。

Node中的事件环

而Node中的事件环又和浏览器有些许的不同，在node.js的官方文档中有专门的描述，其中文档中有一张图，详细的说明了它的事件环机制，我们把它拿出来：

image.png

可以看到，node.js中的事件环机制分为了6个阶段，其中最重要的3个阶段我在上面做了注明：

• timer阶段，指的就是setTimeout等宏任务
• poll轮询阶段，如读取文件等宏任务
• check阶段，setImmediate宏任务

图中每一个阶段都代表了一个宏任务队列，在Node事件环中，微任务的运行时机是在每一个“宏任务队列”清空之后，在进入下一个宏任务队列之间执行。这是和浏览器的最大区别。

还是用代码说话吧，有一道经典的Node.js事件环面试题：

const fs = require('fs');

fs.readFile('./1.txt', (err, data) => {
    setTimeout(() => {
        console.log('timeout');
    });
    setImmediate(() => {
        console.log('immediate');
    });
    Promise.resolve().then(() => {
        console.log('Promise');
    });
});

运行结果：

Promise
immediate
timeout

代码并不复杂，首先使用fs模块读取了一个文件，在回调的内部有两个宏任务和一个微任务，微任务总是优于宏任务执行的，因此先输出Promise。

但是之后的区别为什么先输出immdiate？原因就在于fs读取文件的宏任务在上图中的第4个轮询阶段，当第4个阶段清空队列之后，就该进入第5个check阶段，也就是setImmediate这个宏任务所在的阶段，而不会跳回第1个阶段，因此先输出immedate。

尾巴

最后总结一下，分析完浏览器和Node的事件环发现它们并不简单，但只要记住了它们之间的区别就可以分析出结果。

浏览器事件环是运行完一个宏任务马上清空微任务队列。
Node事件环是清空完一个阶段的宏任务队列之后再清空微任务队列。

最后，总结一下常见的宏任务和微任务：

宏任务	微任务
setTimeout	Promise的then方法
setInterval	process.nextTick
setImmediate	MutationObserver
MessageChannel