浅析浏览器和Node.js的EventLoop为什么这么设计？

　　Event Loop 是 JavaScript 的基础概念，面试必问，平时也经常谈到，但是有没有想过为什么会有 Event Loop，它为什么会这样设计的呢？今天我们就来探索下原因。

一、浏览器的 Even Loop

　　JavaScript 是用于实现网页交互逻辑的，涉及到 dom 操作，如果多个线程同时操作需要做同步互斥的处理，为了简化就设计成了单线程，但是如果单线程的话，遇到定时逻辑、网络请求又会阻塞住。怎么办呢？

　　可以加一层调度逻辑。把 JS 代码封装成一个个的任务，放在一个任务队列中，主线程就不断的取任务执行就好了。

　　每次取任务执行，都会创建新的调用栈。

　　其中，定时器、网络请求其实都是在别的线程执行的，执行完了之后在任务队列里放个任务，告诉主线程可以继续往下执行了。

　　因为这些异步任务是在别的线程执行完，然后通过任务队列通知下主线程，是一种事件机制，所以这个循环叫做 Event Loop。

　　这些在其他线程执行的异步任务包括定时器（setTimeout、setInterval），UI 渲染、网络请求（XHR 或 fetch）。

　　但是，现在的 Event Loop 有个严重的问题，没有优先级的概念，只是按照先后顺序来执行，那如果有高优先级的任务就得不到及时的执行了。所以，得设计一套插队机制。

　　那就搞一个高优先级的任务队列就好了，每执行完一个普通任务，都去把所有高优先级的任务给执行完，之后再去执行普通任务。

　　有了插队机制之后，高优任务就能得到及时的执行。这就是现在浏览器的 Event Loop。

　　其中普通任务叫做 MacroTask（宏任务），高优任务叫做 MicroTask（微任务）。

　　宏任务包括：setTimeout、setInterval、requestAnimationFrame、Ajax、fetch、script 标签的代码。

　　微任务包括：Promise.then、MutationObserver、Object.observe。

　　怎么理解宏微任务的划分呢？

　　定时器、网络请求这种都是在别的线程跑完之后通知主线程的普通异步逻辑，所以都是宏任务。

　　而高优任务的这三种也很好理解，MutationObserver 和 Object.observe 都是监听某个对象的变化的，变化是很瞬时的事情，肯定要马上响应，不然可能又变了，Promise 是组织异步流程的，异步结束调用 then 也是很高优的。

　　这就是浏览器里的 Event Loop 的设计：设计 Loop 机制和 Task 队列是为了支持异步，解决逻辑执行阻塞主线程的问题，设计 MicroTask 队列的插队机制是为了解决高优任务尽早执行的问题。

　　但是后来，JS 的执行环境不只是浏览器一种了，还有了 Node.js，它同样也要解决这些问题，但是它设计出来的 Event Loop 更细致一些。

二、Node.js 中的 Event Loop

　　Node.js 是一个新的 JS 运行环境，它同样要支持异步逻辑，包括定时器、IO、网络请求，很明显，也可以用 Event Loop 那一套来跑。

　　但是呢，浏览器那套 Event Loop 就是为浏览器设计的，对于做高性能服务器来说，那种设计还是有点粗糙了。哪里粗糙呢？

　　浏览器的 Event Loop 只分了两层优先级，一层是宏任务，一层是微任务。但是宏任务之间没有再划分优先级，微任务之间也没有再划分优先级。

　　而 Node.js 任务宏任务之间也是有优先级的，比如定时器 Timer 的逻辑就比 IO 的逻辑优先级高，因为涉及到时间，越早越准确；而 close 资源的处理逻辑优先级就很低，因为不 close 最多多占点内存等资源，影响不大。

　　于是就把宏任务队列拆成了五个优先级：Timers、Pending、Poll、Check、Close

　　解释一下这五种宏任务：

1. Timers Callback：涉及到时间，肯定越早执行越准确，所以这个优先级最高很容易理解
2. Pending Callback：处理网络、IO 等异常时的回调，有的 lniux 系统会等待发生错误的上报，所以得处理下。
3. Poll Callback：处理 IO 的 data，网络的 connection，服务器主要处理的就是这个。
4. Check Callback：执行 setImmediate 的回调，特点是刚执行完 IO 之后就能回调这个。
5. Close Callback：关闭资源的回调，晚点执行影响也不到，优先级最低

　　所以呢，Node.js 的 Event Loop 就是这样跑的了：

 

　　还有一点不同要特别注意：Node.js 的 Event Loop 并不是浏览器那种一次执行一个宏任务，然后执行所有的微任务，而是执行完一定数量的 Timers 宏任务，再去执行所有微任务，然后再执行一定数量的 Pending 的宏任务，然后再去执行所有微任务，剩余的 Poll、Check、Close 的宏任务也是这样。

　　为什么要这样设计呢？其实按照优先级来看很容易理解：

　　假设浏览器里面的宏任务优先级是 1，所以是按照先后顺序依次执行，也就是一个宏任务，所有的微任务，再一个宏任务，再所有的微任务。

 

　　而 Node.js 的 宏任务之间也是有优先级的，所以 Node.js 的 Event Loop 每次都是把当前优先级的所有宏任务跑完再去跑微任务，然后再跑下一个优先级的宏任务。

 

　　也就是是一定数量的 Timers 宏任务，再所有微任务，再一定数量的 Pending Callback 宏任务，再所有微任务这样。

 

　　为什么说一定数量呢？因为如果某个阶段宏任务太多，下个阶段就一直执行不到了，所以有个上限的限制，剩余的下个 Event Loop 再继续执行。

　　除了宏任务有优先级，微任务也划分了优先级，多了一个 process.nextTick 的高优先级微任务，在所有的普通微任务之前来跑。

 

　　所以，Node.js 的 Event Loop 的完整流程就是这样的：

• Timers 阶段：执行一定数量的定时器，也就是 setTimeout、setInterval 的 callback，太多的话留到下次执行
• 微任务：执行所有 nextTick 的微任务，再执行其他的普通微任务
• Pending 阶段：执行一定数量的 IO 和网络的异常回调，太多的话留到下次执行
• 微任务：执行所有 nextTick 的微任务，再执行其他的普通微任务
• Idle/Prepare 阶段：内部用的一个阶段
• 微任务：执行所有 nextTick 的微任务，再执行其他的普通微任务
• Poll 阶段：执行一定数量的文件的 data 回调、网络的 connection 回调，太多的话留到下次执行。如果没有 IO 回调并且也没有 timers、check 阶段的回调要处理，就阻塞在这里等待 IO 事件
• 微任务：执行所有 nextTick 的微任务，再执行其他的普通微任务
• Check 阶段：执行一定数量的 setImmediate 的 callback，太多的话留到下次执行。
• 微任务：执行所有 nextTick 的微任务，再执行其他的普通微任务
• Close 阶段：执行一定数量的 close 事件的 callback，太多的话留到下次执行。
• 微任务：执行所有 nextTick 的微任务，再执行其他的普通微任务

　　比起浏览器里的 Event Loop，明显复杂了很多，但是经过我们之前的分析，也能够理解：

　　Node.js 对宏任务做了优先级划分，从高到低分别是 Timers、Pending、Poll、Check、Close 这 5 种，也对微任务做了划分，也就是 nextTick 的微任务和其他微任务。

　　执行流程是先执行完当前优先级的一定数量的宏任务（剩下的留到下次循环），然后执行 process.nextTick 的微任务，再执行普通微任务，之后再执行下个优先级的一定数量的宏任务。。这样不断循环。其中还有一个 Idle/Prepare 阶段是给 Node.js 内部逻辑用的，不需要关心。

　　改变了浏览器 Event Loop 里那种一次执行一个宏任务的方式，可以让高优先级的宏任务更早的得到执行，但是也设置了个上限，避免下个阶段一直得不到执行。

　　还有一个特别要注意的点，就是 poll 阶段：如果执行到 poll 阶段，发现 poll 队列为空并且 timers 队列、check 队列都没有任务要执行，那么就阻塞的等在这里等 IO 事件，而不是空转。 这点设计也是因为服务器主要是处理 IO 的，阻塞在这里可以更早的响应 IO。

　　完整的 Node.js 的 Event Loop 是这样的：

 

　　对比下浏览器的 Event Loop：

 

　　两个 JS 运行环境的 Event Loop 整体设计思路是差不多的，只不过 Node.js 的 Event Loop 对宏任务和微任务做了更细粒度的划分，也很容易理解，毕竟 Node.js 面向的环境和浏览器不同，更重要的是服务端对性能的要求会更高。

三、总结

　　JavaScript 最早是用于写网页交互逻辑的，为了避免多线程同时修改 dom 的同步问题，设计成了单线程，又为了解决单线程的阻塞问题，加了一层调度逻辑，也就是 Loop 循环和 Task 队列，把阻塞的逻辑放到其他线程跑，从而支持了异步。然后为了支持高优先级的任务调度，又引入了微任务队列，这就是浏览器的 Event Loop 机制：每次执行一个宏任务，然后执行所有微任务。

　　Node.js 也是一个 JS 运行环境，想支持异步同样要用 Event Loop，只不过服务端环境更复杂，对性能要求更高，所以 Node.js 对宏微任务都做了更细粒度的优先级划分：

　　Node.js 里划分了 5 种宏任务，分别是 Timers、Pending、Poll、Check、Close。又划分了 2 种微任务，分别是 process.nextTick 的微任务和其他的微任务。

　　Node.js 的 Event Loop 流程是执行当前阶段的一定数量的宏任务（剩余的到下个循环执行），然后执行所有微任务，一共有 Timers、Pending、Idle/Prepare、Poll、Check、Close 6 个阶段。订正：11后又改为了一个宏任务所有微任务

　　其中 Idle/Prepare 阶段是 Node.js 内部用的，不用关心。

　　特别要注意的是 Poll 阶段，如果执行到这里，poll 队列为空并且 timers、check 队列也为空，就一直阻塞在这里等待 IO，直到 timers、check 队列有回调再继续 loop 。

　　Event Loop 是 JS 为了支持异步和任务优先级而设计的一套调度逻辑，针对浏览器、Node.js 等不同环境有不同的设计（主要是任务优先级的划分粒度不同），Node.js 面对的环境更复杂、对性能要求更高，所以 Event Loop 设计的更复杂一些。

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