聊聊setTimeout、Promise、Async/Await那点事

1. setTimeout

console.log('script start')	//1. 打印 script start
setTimeout(function(){
    console.log('settimeout')	// 4. 打印 settimeout
})	// 2. 调用 setTimeout 函数,并定义其完成后执行的回调函数
console.log('script end')	//3. 打印 script start
// 输出顺序:script start->script end->settimeout

2. Promise

Promise本身是同步的立即执行函数, 当在executor中执行resolve或者reject的时候, 此时是异步操作, 会先执行then/catch等,当主栈完成后,才会去调用resolve/reject中存放的方法执行,打印p的时候,是打印的返回结果,一个Promise实例。

console.log('script start')
let promise1 = new Promise(function (resolve) {
    console.log('promise1')
    resolve()
    console.log('promise1 end')
}).then(function () {
    console.log('promise2')
})
setTimeout(function(){
    console.log('settimeout')
})
console.log('script end')
// 输出顺序: script start->promise1->promise1 end->script end->promise2->settimeout

当JS主线程执行到Promise对象时,

  • promise1.then() 的回调就是一个 task

  • promise1 是 resolved或rejected: 那这个 task 就会放入当前事件循环回合的 microtask queue

  • promise1 是 pending: 这个 task 就会放入 事件循环的未来的某个(可能下一个)回合的 microtask queue 中

  • setTimeout 的回调也是个 task ,它会被放入 macrotask queue 即使是 0ms 的情况

3. async/await

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

console.log('script start');
async1();
console.log('script end')

// 输出顺序:script start->async1 start->async2->script end->async1 end

async 函数返回一个 Promise 对象,当函数执行的时候,一旦遇到 await 就会先返回,等到触发的异步操作完成,再执行函数体内后面的语句。可以理解为,是让出了线程,跳出了 async 函数体。

举个例子:

async function func1() {
    return 1
}

console.log(func1())

在这里插入图片描述 很显然,func1的运行结果其实就是一个Promise对象。因此我们也可以使用then来处理后续逻辑。

func1().then(res => {
    console.log(res);  // 30
})

await的含义为等待,也就是 async 函数需要等待await后的函数执行完成并且有了返回结果(Promise对象)之后,才能继续执行下面的代码。await通过返回一个Promise对象来实现同步的效果。

从一道题浅说三者的关系

//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');


/*
script start
async1 start
async2
promise1
script end
async1 end
promise2
setTimeout
*/

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asyncawaitsetTimeoutPromise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。

任务队列

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:

mark

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。

这里感谢@chenjigeng的纠正:

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. ~第二轮循环开始,这个时候就会跳回async1函数中执行后面的代码,然后遇到了同步任务 console 语句,直接输出 async1 end。这样第二轮的循环就结束了。(也可以理解为被加入到script任务队列中,所以会先与setTimeout队列执行)~
  7. 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。

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