瀏覽器事件迴圈機制與Vue nextTick的實現

jkCaptain發表於2018-12-01
瀏覽器事件Vue

瀏覽器事件迴圈機制

先上一段簡單的程式碼

console.log('aa');
setTimeout(() => { 
    console.log('bb')}, 
0);
Promise.resolve().then(() => console.log('cc'));
複製程式碼

執行結果總是如下：

aa
cc
bb
複製程式碼

為什麼呢？為什麼同樣是非同步，Promise.then 就是 比 setTimeout 先執行呢。

這就涉及到瀏覽器事件迴圈機制了。

  1. 以前瀏覽器只有一類事件迴圈，都是基於當前執行環境上下文, 官方用語叫 browsing-context連結在此。我們可以理解為一個window就是一個執行環境上下文，如果有iframe, 那麼iframe內就是另一個執行環境了。
  2. 2017年新版的HTML規範新增了一個事件迴圈，就是web workers。這個暫時先不討論。

事件迴圈機制涉及到兩個知識點 macroTask 和 microTask，一般我們會稱之為巨集任務和微任務。不管是macroTask還是microTask，他們都是以一種任務佇列的形式存在。

macroTask

script(整體程式碼)， setTimeout, setInterval，setImmediate(僅IE支援), I/O, UI-rendering

注：此處的 I/O 是一個抽象的概念，並不是說一定指輸入/輸出，應該包括DOM事件的觸發，例如click事件，mouseover事件等等。這是我的理解，如果有誤，還請指出。

microTask

包括：Promises,process.nextTick, Object.observe(已廢棄)，MutationObserver(監聽DOM改變)

以下內容摘抄於知乎何幻的回答

一個瀏覽器環境（unit of related similar-origin browsing contexts.）只能有一個事件迴圈（Event loop），而一個事件迴圈可以多個任務佇列（Task queue），每個任務都有一個任務源（Task source）。

相同任務源的任務，只能放到一個任務佇列中。

不同任務源的任務，可以放到不同任務佇列中。

對上面的幾句話進行總結：事件迴圈只有一個，圍繞著呼叫棧，macroTask， microTask。macroTask和microTask是一個大的任務容器，裡面可以有多個任務佇列。不同的任務源，任務會被放置到不同的任務佇列。那任務源是什麼呢，比如setTimeout，setInterval，setImmediate，這都是不同的任務源，雖然都是在macroTask中，但肯定是放置在不同的任務佇列中的。 最後，具體瀏覽器內部怎麼對不同任務源的任務佇列進行排序和取數，這個目前我還不清楚，如果正在看文章的你知道的話，請告訴下我。

接下來我們繼續分析macroTask 和 microTask的執行順序，這兩個佇列的行為與瀏覽器具體的實現有關，這裡只討論被業界廣泛認同和接受的佇列執行行為。

macroTask 和 microTask 的迴圈順序如下:

注意: 整體程式碼算一個 macroTask

  1. 先執行一個 macroTask 任務(例如執行整個js檔案內的程式碼)
  2. 執行完 macroTask 任務後，找到microTask佇列內的所有任務，按先後順序取出並執行
  3. 執行完microTask內的所有任務後，再從macroTask取出一個任務，執行。
  4. 重複：2，3 步驟。

現在，我們來解釋文章開始時的那串程式碼，為什麼Promise總是優先於setTimeout

console.log('aa');
setTimeout(() => { 
    console.log('bb')}, 
0);
Promise.resolve().then(() => console.log('cc'));
複製程式碼
  1. 瀏覽器載入整體程式碼並執行算一個macroTask
  2. 在執行這段程式碼的過程中，解析到 setTimeout時，會將setTimeout內的程式碼新增到 macroTask 佇列中。
  3. 接下來，又解析到Promise, 於是將 Promise.then()內的程式碼 新增到 microTask 佇列中。
  4. 程式碼執行完畢，也就是第一個 macroTask 完成後，去 microTask 任務佇列中，找出所有任務並執行, 此時執行了 console.log('cc');
  5. microTask 任務佇列執行完畢後，又取出下一個 macroTask 任務並執行，也就是執行setTimeout內的程式碼console.log('bb')

從廣義上一句話總結: 一個巨集任務執行完後，會執行完所有的微任務，再又執行一個巨集任務。依此迴圈，這也就是事件迴圈。

如果對事件迴圈機制還是不怎麼理解的話，可以看下這篇文章，圖文並茂，講的挺細的。

Vue nextTick函式的實現

呼叫 nextTick 的方式
// 第一種，Vue全域性方法呼叫
Vue.nextTick(fn, context);

// 第二種，在例項化vue時，內部呼叫
this.$nextTick(fn);
複製程式碼

其實這兩種方式都是呼叫的 Vue 內部提供的一個nextTick 方法，Vue內部對這個方法做了些簡單的封裝

// src/core/instance/render.js ---- line 57
// 這裡呼叫 nextTick 時自動把當前vue例項物件作為第二個引數傳入，所以我們呼叫 this.$nextTick時，不需要傳第二個引數
Vue.prototype.$nextTick = function (fn) {
    return nextTick(fn, this)
};

// src/core/global-api/index.js ---- line 45
// 直接將 nextTick 暴露出去，作為Vue全域性方法
Vue.nextTick = nextTick;
複製程式碼

也就是說，這兩種呼叫方式，都是執行的Vue內部提供的nextTick方法。這個nextTick方法，Vue用了一個單獨的檔案維護。

檔案在vue專案下 src/core/util/next-tick.js

flushCallbacks - 執行回撥

首先檔案頭部，定義了一個觸發回撥的函式 flushCallbacks。

這個flushCallbacks 永遠是被非同步執行的。至於為什麼，接下來會講到。

const callbacks = []
let pending = false

function flushCallbacks () {
  pending = false
  const copies = callbacks.slice(0)
  callbacks.length = 0
  for (let i = 0; i < copies.length; i++) {
    copies[i]()
  }
}
複製程式碼

這部分程式碼的意思，就是依次觸發 callbacks內的函式。那麼 callbacks 陣列是存放什麼的？其實就是存放我們呼叫this.$nextTick(fn) 是傳入的fn，只不過對它做了一層作用域包裝和異常捕獲。

nextTick 函式的定義

nextTick 函式 定義在檔案的末尾，程式碼如下。注意看我加的註釋。

export function nextTick (cb?: Function, ctx?: Object) {
    let _resolve
    // 將傳入的函式包裝一層，繫結作用域，並try-catch捕獲錯誤
    // 如果沒傳入函式，且瀏覽器原生支援 Promise 的情況下，讓 Promise resolve;
    callbacks.push(() => {
        if (cb) {
            try {
                cb.call(ctx)
            } catch (e) {
                handleError(e, ctx, 'nextTick')
            }
        } else if (_resolve) {
            _resolve(ctx)
        }
    })
    // pending 是一個開關，每次執行 flushCallbacks 後，會將 pending 重置為 fasle
    if (!pending) {
        pending = true
        if (useMacroTask) {
            // 以 macroTask 的方式，執行 flushCallbacks
            // 這裡雖然程式碼是執行了，但是 macroTimerFunc 內部的程式碼是非同步執行，這個點很關鍵
            macroTimerFunc()
        } else {
            // 以 microTask 的方式，執行 flushCallbacks
            // 這裡雖然程式碼是執行了，但是 microTimerFunc 內部的程式碼是非同步執行，這個點很關鍵
            microTimerFunc()
        }
    }
    // $flow-disable-line
    // 這裡返回一個 Promise, 所以我們可以這樣呼叫，$this.nextTick().then(xxx)
    if (!cb && typeof Promise !== 'undefined') {
        return new Promise(resolve => {
            _resolve = resolve
        })
    }
}
複製程式碼

上面的程式碼的 pending 有點意思, 它是Vue做的一個效能優化吧。用來處理同時呼叫多個 nextTick 的業務場景， 例如

new Vue({
    // 省略
    created() {
        // 執行第一個時，首先 fn1 會被 push 進 callbacks，再往下走
        // pending 為 false， 所以會進入 if (!pending)，然後 pending 被設為true, 執行 macroTimerFunc 或 microTimerFunc
        this.$nextTick(fn1);
        // 執行第二 個時，pending為true，這時就不會進入 if (!pending) 了，
        // 但是 callbacks.push 是會執行的，也就是說會把 fn2 push進 callbacks 陣列
        this.$nextTick(fn2);
        // 同第二個
        this.$nextTick(fn3);
    }
})
複製程式碼

如果是這樣呼叫， 那麼Vue會怎麼做呢，Vue是會將這三個fn全部push到callbacks，在下次執行macroTask或microTask的任務時，一起執行的。 原因是因為第一次執行 this.$nextTick時，無論是執行的macroTimerFunc還是microTimerFunc, flushCallbacks都是被非同步執行，macroTimerFunc是用macroTask的方式，而microTimerFunc是用microTask的方式。例如:

macroTimerFunc = () => {
    setTimeout(flushCallbacks, 0)
}

microTimerFunc = () => {
    Promise.resolve().then(flushCallbacks);
}
複製程式碼

所以這三個this.$nextTick執行完後，其實就相當於往callbacks內push了三個fn。在下次執行macroTask或microTask的任務時，flushCallbacks內的程式碼才會執行，也就是執行我們傳入的fn。

因為

一個巨集任務執行完後，會執行完所有的微任務，再又執行一個巨集任務。依此迴圈

看到這裡的同學估計會有個疑問點，useMacroTask是什麼，macroTimerFunc 是什麼, microTimerFunc又是什麼。接下來會一一解開。

useMacroTask
// Here we have async deferring wrappers using both microtasks and (macro) tasks.
// In < 2.4 we used microtasks everywhere, but there are some scenarios where
// microtasks have too high a priority and fire in between supposedly
// sequential events (e.g. #4521, #6690) or even between bubbling of the same
// event (#6566). However, using (macro) tasks everywhere also has subtle problems
// when state is changed right before repaint (e.g. #6813, out-in transitions).
// Here we use microtask by default, but expose a way to force (macro) task when
// needed (e.g. in event handlers attached by v-on).
let microTimerFunc
let macroTimerFunc
let useMacroTask = false
複製程式碼

這裡的註釋需要仔細看下，翻譯摘抄於這裡, 大致意思如下

在Vue2.4之前的版本中，nextTick幾乎都是基於microTask實現的，但是由於microTask的執行優先順序非常高，在某些場景之下它甚至要比事件冒泡還要快，就會導致一些詭異的問題；但是如果全部都改成macroTask，對一些有重繪和動畫的場景也會有效能的影響。所以最終nextTick採取的策略是預設走microTask，對於一些DOM的互動事件，如v-on繫結的事件回撥處理函式的處理，會強制走macroTask。

useMacroTask 表示是否啟用 macroTask 的方式執行回撥。

macroTimerFunc

接下來，macroTimerFunc 的定義是，在 下一個macroTask 中執行 flushCallbacks

// 優先 setImmediate， 
// 然後是 MessageChannel
// 最後才是 setTimeout
if (typeof setImmediate !== 'undefined' && isNative(setImmediate)) {
  macroTimerFunc = () => {
    setImmediate(flushCallbacks)
  }
} else if (typeof MessageChannel !== 'undefined' && (
  isNative(MessageChannel) ||
  MessageChannel.toString() === '[object MessageChannelConstructor]'
)) {
  const channel = new MessageChannel()
  const port = channel.port2
  channel.port1.onmessage = flushCallbacks
  macroTimerFunc = () => {
    port.postMessage(1)
  }
} else {
  macroTimerFunc = () => {
    setTimeout(flushCallbacks, 0)
  }
}
複製程式碼

為什麼採用的順序是 setImmediate --> MessageChannel --> setTimeout ? 原因是因為:

在支援MessageChannel和setImmediate的情況下，他們的執行順序是優先於setTimeout的（在IE11/Edge中，setImmediate延遲可以在1ms以內，而setTimeout有最低4ms的延遲，所以setImmediate比setTimeout(0)更早執行回撥函式。

MessageChannel的延遲也是會小於setTimeout的， 有人比較過。 至於 MessageChannel 和 setImmediate 誰快誰慢，這個我不清楚。

microTimerFunc

再是microTimerFunc 的定義是，如果瀏覽器支援原生 Promise 的話，在 下一個microTask 中執行 flushCallbacks

// 如果瀏覽器支援原生 Promise 的話，把 flushCallbacks 放入 microTask 中執行
if (typeof Promise !== 'undefined' && isNative(Promise)) {
    const p = Promise.resolve()
    microTimerFunc = () => {
    p.then(flushCallbacks)
    // 這時為了處理 iOS microtask 沒有被重新整理的bug
    if (isIOS) setTimeout(noop)
    }
} else {
    // 如果沒有Promise，就把 macroTimerFunc 賦值 給 microTimerFunc， 也就是在 `macroTask` 中執行 `flushCallbacks`
    microTimerFunc = macroTimerFunc
}
複製程式碼
withMacroTask

withMacroTask 是DOM事件函式的一個包裝器, Vue給DOM新增事件時，會用到它。

這個方法就是為了解決 Vue 2.4 版本之前 nextTick 的bug。

/**
 * Wrap a function so that if any code inside triggers state change,
 * the changes are queued using a (macro) task instead of a microtask.
 */
export function withMacroTask (fn: Function): Function {
    return fn._withTask || (fn._withTask = function () {
        // 注意這裡，這裡開啟了useMacroTask，
        // 也就是說，如果是通過DOM事件新增的程式碼，程式碼內就算有nextTick，那nextTick內的程式碼也會被強制走 macroTask 方式
        useMacroTask = true
        const res = fn.apply(null, arguments)
        useMacroTask = false
        return res
    })
}

// 在這裡會被呼叫
// src/platforms/web/runtime/modules/events.js   ---- line41
function add (
  event: string,
  handler: Function,
  once: boolean,
  capture: boolean,
  passive: boolean
) {
  handler = withMacroTask(handler)
  if (once) handler = createOnceHandler(handler, event, capture)
  target.addEventListener(
    event,
    handler,
    supportsPassive
      ? { capture, passive }
      : capture
  )
}
複製程式碼

至此，Vue nextTick的流程算是分析完了。

這些分析都是我看了原始碼和一些文章後的個人理解，如果有誤的話，請道友指出。謝謝。

最後上一段程式碼，出自Google 2018GDD大會，歡迎探討並說出原因。

button.addEventListener('click', () => {
  Promise.resolve().then(() => console.log('microtask 1'))
  console.log('listener 1')
})

button.addEventListener('click', () => {
  Promise.resolve().then(() => console.log('microtask 2'))
  console.log('listener 2')
})

1. 手動點選，結果是什麼
2. 用測試程式碼 button.click() 觸發，結果是什麼
複製程式碼

答案在這篇文章

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vue技術內幕

深入瀏覽器的事件迴圈 (GDD@2018)

【Vue原始碼】Vue中DOM的非同步更新策略以及nextTick機制

前端基礎進階（十二）：深入核心，詳解事件迴圈機制

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