彻底弄懂 JavaScript 执行机制，Event Loop 宏任务与微任务

面试里被问「下面这段代码输出什么」，一堆 setTimeout 套 Promise 套 process.nextTick，能背出答案的人不少，能讲清楚为什么的人少很多。而真到了排查线上问题的时候，靠的恰恰是后者：为什么这个 loading 明明 setState 了却晚了一帧才消失，为什么这个 setTimeout(fn, 0) 在某台机器上要等半秒。

这篇把 JavaScript 的执行机制从头捋一遍，从单线程为什么必须有事件循环讲到宏任务微任务的实际排队规则，再到浏览器和 Node 之间那些容易踩的差异。文中的关键结论我都在 Node 22.23.1 上跑过。

在本篇文章中，我们将从浅入深，和大家一起学习以下知识：

• 单线程为什么需要事件循环，同步任务和异步任务分别去了哪
• setTimeout 的延迟为什么经常对不上，4 毫秒下限到底怎么回事
• 宏任务和微任务的划分，以及 process.nextTick 其实不是微任务这件事
• 一道经典面试题的完整推演，以及在 Node 22 上的实测结果
• 浏览器和 Node 的事件循环差异，setImmediate 该怎么理解
• 微任务和页面渲染的关系，为什么 requestAnimationFrame 不能用来做延时

javascript 是一门单线程语言。在 HTML5 中提出了 Web Worker，但 javascript 是单线程这一核心仍未改变。所以一切 javascript 版的「多线程」都是用单线程模拟出来的。

一、javascript 事件循环

既然 js 是单线程，那就像只有一个窗口的银行，客户需要排队一个一个办理业务，同理 js 任务也要一个一个顺序执行。如果一个任务耗时过长，那么后一个任务也必须等着。

那么问题来了。假如我们想浏览新闻，但是新闻包含的超清图片加载很慢，难道我们的网页要一直卡着直到图片完全显示出来？

聪明的程序员把任务分为了两类：

• 同步任务
• 异步任务

当我们打开网站时，网页的渲染过程就是一大堆同步任务，比如页面骨架和页面元素的渲染。而像加载图片音乐之类占用资源大耗时久的任务，就是异步任务。关于这部分有严格的文字定义，但本文的目的是用最小的学习成本彻底弄懂执行机制，所以我们用导图来说明：

• 同步和异步任务分别进入不同的执行「场所」，同步的进入主线程，异步的进入 Event Table 并注册函数
• 当指定的事情完成时，Event Table 会将这个函数移入 Event Queue
• 主线程内的任务执行完毕为空，会去 Event Queue 读取对应的函数，进入主线程执行
• 上述过程会不断重复，也就是常说的 Event Loop(事件循环)

我们不禁要问了，那怎么知道主线程执行栈为空啊？

原文这里的说法是 js 引擎存在 monitoring process 进程持续检查执行栈。这个描述是一种便于理解的比喻，规范里并没有这么一个进程。真实情况是事件循环本身就是一个循环体，跑完一个任务就回到循环开头看队列里还有没有下一个，没有就阻塞等待。同样地，Event Table 和 Event Queue 也是这篇文章为了讲清楚而起的名字，HTML 规范里对应的术语是任务队列（task queue）和微任务队列（microtask queue）。

这套模型讲执行顺序是够用的，只是别把它当成规范原文去背，面试官追问的时候容易露怯。

let data = [];
$.ajax({
    url:www.javascript.com,
    data:data,
    success:() => {
        console.log('发送成功!');
    }
})
console.log('代码执行结束');

上面是一段简易的 ajax 请求代码：

• ajax 进入 Event Table，注册回调函数 success
• 执行 console.log('代码执行结束')
• ajax 事件完成，回调函数 success 进入 Event Queue
• 主线程从 Event Queue 读取回调函数 success 并执行

还有一点值得点破。发起网络请求、计时、读文件这些事，并不是 JavaScript 线程自己在做，是宿主环境（浏览器或 Node）用另外的线程在做。JavaScript 只有一个执行线程，但浏览器不是单线程的。所以「单线程」限制的是你写的代码同一时刻只有一行在跑，不限制底下的 I/O 并发。

二、setTimeout 和 setInterval

2.1 setTimeout

大名鼎鼎的 setTimeout 无需再多言，大家对它的第一印象就是异步可以延时执行，我们经常这么实现延时 3 秒执行：

setTimeout(() => {
    console.log('延时3秒');
},3000)

渐渐地 setTimeout 用的地方多了，问题也出现了。有时候明明写的延时 3 秒，实际却 5、6 秒才执行函数，这又咋回事啊？

setTimeout(() => {
    task();
},3000)
console.log('执行console');

根据前面我们的结论，setTimeout 是异步的，应该先执行 console.log 这个同步任务，所以我们的结论是：

//执行console
//task()

去验证一下，结果正确。然后我们修改一下前面的代码：

setTimeout(() => {
    task()
},3000)

sleep(10000000)

乍一看其实差不多，但我们把这段代码在 chrome 执行一下，却发现控制台执行 task() 需要的时间远远超过 3 秒。说好的延时三秒，为啥现在需要这么长时间啊？

这时候我们需要重新理解 setTimeout 的定义。先说上述代码是怎么执行的：

• task() 进入 Event Table 并注册，计时开始
• 执行 sleep 函数，很慢，非常慢，计时仍在继续
• 3 秒到了，计时事件 timeout 完成，task() 进入 Event Queue，但是 sleep 也太慢了吧，还没执行完，只好等着
• sleep 终于执行完了，task() 终于从 Event Queue 进入了主线程执行

上述的流程走完，我们知道 setTimeout 这个函数，是经过指定时间后，把要执行的任务（本例中为 task()）加入到 Event Queue 中。又因为是单线程任务要一个一个执行，如果前面的任务需要的时间太久，那么只能等着，导致真正的延迟时间远远大于 3 秒。

所以 setTimeout 的第二个参数是「最少等这么久」，不是「正好等这么久」。

我们还经常遇到 setTimeout(fn, 0) 这样的代码，0 秒后执行又是什么意思呢？是不是可以立即执行呢？

答案是不会的。setTimeout(fn, 0) 的含义是，指定某个任务在主线程最早可得的空闲时间执行，意思就是不用再等多少秒了，只要主线程执行栈内的同步任务全部执行完成、栈为空就马上执行。举例说明：

//代码1
console.log('先执行这里');
setTimeout(() => {
    console.log('执行啦')
},0);

//代码2
console.log('先执行这里');
setTimeout(() => {
    console.log('执行啦')
},3000);

代码 1 的输出结果是：

//先执行这里
//执行啦

代码 2 的输出结果是：

//先执行这里
// ... 3s later
// 执行啦

关于 setTimeout 要补充的是，即便主线程为空，0 毫秒实际上也是达不到的，根据 HTML 的标准最低是 4 毫秒。

这条得说得更准确一点。HTML 规范里的规则是：定时器有一个嵌套层级计数，当嵌套层级超过 5 层、并且传入的时间小于 4 毫秒时，才会被钳制到 4 毫秒。也就是说第一次调用 setTimeout(fn, 0) 并不会被钳到 4ms，是在定时器回调里再套定时器、连续套超过五层之后才会触发。所以那些用 setTimeout 递归做轮询的代码，跑着跑着间隔会自己变长。

还有一条实际影响更大的：页面切到后台标签页时，浏览器会把 setTimeout 的最小间隔限制到 1 秒甚至更长，用来省电。所以靠 setInterval 累加计时器做倒计时，用户切走再切回来一定会对不上，正确做法是每次都用 Date.now() 重新算差值。这个我踩过，本地测一点问题没有，用户反馈说倒计时慢了好几分钟。

2.2 setInterval

上面说完了 setTimeout，当然不能错过它的孪生兄弟 setInterval。他俩差不多，只不过后者是循环执行。对于执行顺序来说，setInterval 会每隔指定的时间将注册的函数置入 Event Queue，如果前面的任务耗时太久，那么同样需要等待。

唯一需要注意的一点是，对于 setInterval(fn, ms) 来说，我们已经知道不是每过 ms 毫秒会执行一次 fn，而是每过 ms 毫秒会有 fn 进入 Event Queue。一旦 setInterval 的回调函数 fn 执行时间超过了延迟时间 ms，那么就完全看不出来有时间间隔了。这句话请读者仔细品味。

补一句实践上的结论：需要周期执行又不希望任务堆积的场景，用 setTimeout 递归代替 setInterval。

function poll() {
  doSomething()
  timer = setTimeout(poll, 1000)   // 上一次干完了才排下一次
}

这样能保证两次执行之间至少隔 1 秒，而不是「每 1 秒往队列里塞一个」。另外定时器忘了清是内存泄漏的常见来源，组件销毁的时候记得 clearTimeout / clearInterval，相关排查手段我写在 JavaScript 内存泄漏排查 那篇里。

三、Promise 与 process.nextTick(callback)

传统的定时器我们已经研究过了，接着我们探究 Promise 与 process.nextTick(callback) 的表现。

process.nextTick(callback) 类似 node.js 版的「setTimeout」，在事件循环的下一次循环中调用 callback 回调函数。

除了广义的同步任务和异步任务，我们对任务有更精细的定义：

• macro-task(宏任务)：包括整体代码 script，setTimeout，setInterval
• micro-task(微任务)：Promise，process.nextTick

不同类型的任务会进入对应的 Event Queue，比如 setTimeout 和 setInterval 会进入相同的 Event Queue。

事件循环的顺序决定 js 代码的执行顺序。进入整体代码（宏任务）后开始第一次循环，接着执行所有的微任务，然后再次从宏任务开始，找到其中一个任务队列执行完毕，再执行所有的微任务。听起来有点绕，我们用一段代码说明：

setTimeout(function() {
    console.log('setTimeout');
})

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

console.log('console');

• 这段代码作为宏任务，进入主线程
• 先遇到 setTimeout，那么将其回调函数注册后分发到宏任务 Event Queue（注册过程与上同，下文不再描述）
• 接下来遇到了 Promise，new Promise 立即执行，then 函数分发到微任务 Event Queue
• 遇到 console.log()，立即执行
• 整体代码 script 作为第一个宏任务执行结束，看看有哪些微任务？我们发现了 then 在微任务 Event Queue 里面，执行
• 第一轮事件循环结束了，我们开始第二轮循环，当然要从宏任务 Event Queue 开始。我们发现了宏任务 Event Queue 中 setTimeout 对应的回调函数，立即执行
• 结束

这里插一句，new Promise 的执行器函数是同步执行的，所以 promise 这一行的输出在 console 之前。很多人会误以为 new Promise 整个都是异步的，实际上异步的只有 .then 里的回调。

事件循环、宏任务、微任务的关系如图所示：

3.1 关于任务分类，有三处要修正

原文那个分类是当年的通行说法，讲题够用，但有几处经不起追问。

process.nextTick 不是微任务。 它在 Node 里是一条独立的队列，优先级高于 Promise 的微任务队列。每次同步代码跑完或者事件循环的每个阶段结束时，Node 会先把 nextTick 队列清空，然后才处理 Promise 微任务。这就是下面那道题里 6 排在 8 前面的原因，不是因为它们同队列先来后到，而是因为分属两条队列且 nextTick 优先。

微任务不止 Promise。 queueMicrotask() 是标准 API，专门用来往微任务队列里塞回调，浏览器和 Node 都支持。另外 MutationObserver 的回调也是微任务，Vue 2 早期就是拿它做 nextTick 降级方案的。想手动排一个微任务，直接用 queueMicrotask 比 Promise.resolve().then() 语义清楚：

queueMicrotask(() => {
  console.log('这行在当前同步代码跑完后立刻执行，早于任何 setTimeout')
})

宏任务也不止定时器。 I/O 回调、MessageChannel、Node 的 setImmediate、以及 UI 事件回调都算任务。规范里其实有多个任务队列，浏览器可以按来源决定先取哪个，所以「一轮只执行一个宏任务」这个说法是简化过的。

3.2 微任务可以饿死主线程

有个反直觉的点。微任务队列不是「清空当前这一批」，是一直清到空为止，包括执行过程中新产生的微任务。所以下面这段会让页面彻底卡死：

function loop() {
  Promise.resolve().then(loop)
}
loop()

每执行一个微任务又产生一个新的，队列永远不空，事件循环出不去，渲染和用户交互全部停摆。而同样的写法换成 setTimeout 递归就没事，因为每个宏任务之间事件循环有机会喘口气。

先说结论，微任务适合做「同步代码结束后马上要做的收尾」，不适合做递归调度。

四、一道经典题的完整推演

我们来分析一段较复杂的代码，看看你是否真的掌握了 js 的执行机制：

console.log('1');

setTimeout(function() {
    console.log('2');
    process.nextTick(function() {
        console.log('3');
    })
    new Promise(function(resolve) {
        console.log('4');
        resolve();
    }).then(function() {
        console.log('5')
    })
})
process.nextTick(function() {
    console.log('6');
})
new Promise(function(resolve) {
    console.log('7');
    resolve();
}).then(function() {
    console.log('8')
})

setTimeout(function() {
    console.log('9');
    process.nextTick(function() {
        console.log('10');
    })
    new Promise(function(resolve) {
        console.log('11');
        resolve();
    }).then(function() {
        console.log('12')
    })
})

第一轮事件循环流程分析如下

• 整体 script 作为第一个宏任务进入主线程，遇到 console.log，输出 1
• 遇到 setTimeout，其回调函数被分发到宏任务 Event Queue 中，我们暂且记为 setTimeout1
• 遇到 process.nextTick()，其回调函数被分发到 nextTick 队列中，我们记为 process1
• 遇到 Promise，new Promise 直接执行，输出 7。then 被分发到微任务 Event Queue 中，我们记为 then1
• 又遇到了 setTimeout，其回调函数被分发到宏任务 Event Queue 中，我们记为 setTimeout2

宏任务Event Queue	微任务Event Queue
setTimeout1	process1
setTimeout2	then1

• 上表是第一轮事件循环宏任务结束时各 Event Queue 的情况，此时已经输出了 1 和 7
• 我们发现了 process1 和 then1 两个待执行的回调
• 执行 process1，输出 6
• 执行 then1，输出 8

注意这一步 6 在 8 前面的真正原因是 nextTick 队列优先级高于 Promise 微任务队列，不是它先注册所以先执行。这两个回调根本不在同一条队列里，上表为了对齐原文放在了同一列，实际是两条独立的队列。

好了，第一轮事件循环正式结束，这一轮的结果是输出 1，7，6，8。那么第二轮事件循环从 setTimeout1 宏任务开始：

• 首先输出 2。接下来遇到了 process.nextTick()，同样将其分发到 nextTick 队列中，记为 process2。new Promise 立即执行输出 4，then 也分发到微任务 Event Queue 中，记为 then2

宏任务Event Queue	微任务Event Queue
setTimeout2	process2
	then2

• 第二轮事件循环宏任务结束，我们发现有 process2 和 then2 两个回调可以执行
• 输出 3
• 输出 5
• 第二轮事件循环结束，第二轮输出 2，4，3，5
• 第三轮事件循环开始，此时只剩 setTimeout2 了，执行
• 直接输出 9
• 将 process.nextTick() 分发到 nextTick 队列中，记为 process3
• 直接执行 new Promise，输出 11
• 将 then 分发到微任务 Event Queue 中，记为 then3

宏任务Event Queue	微任务Event Queue
	process3
	then3

• 第三轮事件循环宏任务执行结束，执行 process3 和 then3
• 输出 10
• 输出 12
• 第三轮事件循环结束，第三轮输出 9，11，10，12

整段代码共进行了三次事件循环，完整的输出为 1，7，6，8，2，4，3，5，9，11，10，12。

我把这段代码在 Node 22.23.1 上原样跑了一遍，输出确实是 1,7,6,8,2,4,3,5,9,11,10,12，和上面的推演完全一致。

4.1 这个答案在老版本 Node 上是不一样的

这里有个历史包袱值得知道。Node 10 及更早的版本里，同一个 timers 阶段中的多个到期定时器会被连续执行完，然后才统一清空微任务队列。所以同样这段代码，在 Node 10 上的输出是 1,7,6,8,2,4,9,11,3,10,5,12，2 和 9 是连着的。

Node 11 起对齐了浏览器的行为，改成每执行完一个宏任务就把微任务队列清空一次。今天的 Node 版本都是新行为，但如果你在老文章里看到不一样的答案，多半就是这个原因，不是别人写错了。

原文末尾那句「node 环境下的事件监听依赖 libuv 与前端环境不完全相同，输出顺序可能会有误差」，说的就是这件事。

五、浏览器和 Node 的事件循环差异

上面这道题混用了浏览器和 Node 的 API，实际写代码时要分清楚。

浏览器这边模型很简单。 取一个任务执行，执行完把微任务队列清空，然后判断要不要渲染，如此循环。所以微任务永远在下一次渲染之前跑完，这也是 Promise.then 里改 DOM 不会额外多一帧的原因。

Node 这边分了六个阶段。 timers（setTimeout / setInterval）、pending callbacks、idle/prepare、poll（I/O）、check（setImmediate）、close callbacks。事件循环按顺序走过这些阶段，每个阶段有自己的回调队列。Node 11 之后，每执行完一个回调就会清空 nextTick 队列和微任务队列。

由此带来两个常被问的点。

setTimeout(fn, 0) 和 setImmediate(fn) 谁先？在主模块里写这两行，结果是不确定的，取决于进程启动到进入事件循环花了多久，跑十次可能两种顺序都出现。但在 I/O 回调内部写，setImmediate 一定先，因为 poll 阶段结束后紧接着就是 check 阶段，而 timers 阶段要等下一轮。

process.nextTick 和 setImmediate 这两个名字是反的。按字面意思，nextTick 该是下一轮，setImmediate 该是立刻，实际正好相反：nextTick 是当前操作结束后马上执行，setImmediate 是等到 check 阶段。Node 官方文档里也承认这是历史遗留的命名问题。我一开始也被这两个名字绕进去过。

浏览器里没有 setImmediate（只有旧版 IE 有过），也没有 process.nextTick，要排微任务就用 queueMicrotask。

六、微任务和渲染时机

再往前一步，讲讲这套机制对页面表现的影响。

浏览器的一帧里大致是这样的顺序：执行一个宏任务，清空微任务队列，然后如果到了渲染时机就执行 requestAnimationFrame 回调、计算样式和布局、绘制。所以有三条实用结论。

在 Promise.then 里改 DOM，和在同步代码里改，视觉上没有区别，因为它们都在同一次渲染之前完成。

requestAnimationFrame 不是定时器，别拿它做延时。它的回调在下一次绘制前执行，页面在后台标签页时会完全暂停。它适合做动画的每帧计算，不适合做业务逻辑的延后执行。

一个长任务（比如同步跑几百毫秒的计算）会把渲染和交互全卡住，因为事件循环走不到渲染那一步。拆长任务的常见手法是用 setTimeout 或者 MessageChannel 把工作切成小块，让出主线程；React 18 的并发渲染底层做的也是类似的事。

顺带一提，异步遍历里那些 await 的排队行为，和这里讲的微任务是同一套机制，我在 await 在 forEach 中不生效 那篇里从另一个角度讲过。

总结

js 的异步

JavaScript 是单线程的，不管是什么新框架新语法糖实现的所谓异步，最终都要落到这一条执行线程上排队。牢牢把握住单线程这点非常重要。但要区分清楚，单线程限制的是你写的代码，不限制宿主环境，网络请求和计时是浏览器或 Node 用别的线程在做。

事件循环 Event Loop

事件循环是 js 实现异步的方法，也是 js 的执行机制。同步任务走执行栈，异步任务的回调排进任务队列，栈空了就从队列里取下一个。

宏任务和微任务

每执行完一个宏任务，微任务队列会被清到空为止，包括执行过程中新产生的微任务，所以微任务递归会把页面卡死。process.nextTick 严格来说不是微任务，它在 Node 里是一条优先级更高的独立队列，这是那道经典题里 6 排在 8 前面的真正原因。要手动排微任务，用标准的 queueMicrotask。

setTimeout 的三个坑

第二个参数是最少延迟不是精确延迟；嵌套超过五层且时间小于 4ms 会被钳到 4ms；后台标签页里最小间隔会被限制到 1 秒以上，所以倒计时要用 Date.now() 算差值而不是累加。周期任务用 setTimeout 递归代替 setInterval，避免回调堆积。

执行和运行的区别

JavaScript 在不同的宿主环境下执行方式是不同的，浏览器一套，Node 一套，Node 还分六个阶段。而运行大多指解析引擎那一层，是统一的。同一段代码在浏览器和 Node 上输出不一致，多半是宿主环境差异，Node 11 前后的定时器行为变化就是个典型例子。

参考

• Event loops - HTML Standard
• Timers - HTML Standard
• The Node.js Event Loop, Timers, and process.nextTick()
• queueMicrotask - MDN
• In depth - Microtasks and the JavaScript runtime environment - MDN
• 前端进阶之旅