每个渲染进程都有一个主线程，主线程非常繁忙，既要处理 DOM，又要计算样式，还要处理布局，同时还需要处理 JavaScript 任务以及各种输入事件。要让这么多不同类型的任务在主线程中有条不紊地执行，这就需要一个系统来统筹调度这些任务，这个统筹调度系统就是我们今天要讲的消息队列和事件循环系统。
使用单线程处理安排好的任务
我们把所有任务代码按照顺序写进主线程里，等线程执行时，这些任务会按照顺序在线程中依次被执行；等所有任务执行完成之后，线程会自动退出。
第一版：线程的一次执行
在线程运行过程中处理新任务
但并不是所有的任务都是在执行之前统一安排好的，大部分情况下，新的任务是在线程运行过程中产生的。比如在线程执行过程中，又接收到了一个新的任务要求计算“10+2”，那上面那种方式就无法处理这种情况了。
要想在线程运行过程中，能接收并执行新的任务，就需要采用事件循环机制。我们可以通过一个 for 循环语句来监听是否有新的任务，如下面的示例代码：
//GetInput // 等待用户从键盘输入一个数字，并返回该输入的数字 int GetInput(){ int input_number = 0; cout<<" 请输入一个数:"; cin>>input_number; return input_number; } // 主线程 (Main Thread) void MainThread(){ for(;;){ int first_num = GetInput()； int second_num = GetInput()； result_num = first_num + second_num; print(" 最终计算的值为:%d",result_num)； } } 复制代码
相较于第一版的线程，这一版的线程做了两点改进。
- 第一点引入了循环机制，具体实现方式是在线程语句最后添加了一个for 循环语句，线程会一直循环执行。
- 第二点是引入了事件，可以在线程运行过程中，等待用户输入的数字，等待过程中线程处于暂停状态，一旦接收到用户输入的信息，那么线程会被激活，然后执行相加运算，最后输出结果。
通过引入事件循环机制，就可以让该线程“活”起来了，我们每次输入两个数字，都会打印出两数字相加的结果，你可以结合下图来参考下这个改进版的线程：
第二版：在线程中引入事件循环
处理其他线程发送过来的任务
在第二版的线程模型中，所有的任务都是来自于线程内部的，如果另外一个线程想让主线程执行一个任务，利用第二版的线程模型是无法做到的。
那下面我们就来看看其他线程是如何发送消息给渲染主线程的
渲染进程线程之间发送任务
从上图可以看出，渲染主线程会频繁接收到来自于 IO 线程的一些任务，接收到这些任务之后，渲染进程就需要着手处理，比如接收到资源加载完成的消息后，渲染进程就要着手进行 DOM 解析了；接收到鼠标点击的消息后，渲染主线程就要开始执行相应的 JavaScript 脚本来处理该点击事件。
如何设计好一个线程模型，能让其能够接收其他线程发送的消息呢？
一个通用模式是使用消息队列。
什么是消息队列
消息队列是一种数据结构，可以存放要执行的任务。它符合队列“先进先出”的特点，也就是说要添加任务的话，添加到队列的尾部；要取出任务的话，从队列头部去取。
改造方案如下图所示：
第三版线程模型：队列 + 循环
从上图可以看出，我们的改造可以分为下面三个步骤：
- 添加一个消息队列；
- IO 线程中产生的新任务添加进消息队列尾部；
- 渲染主线程会循环地从消息队列头部中读取任务，执行任务。
处理其他进程发送过来的任务
跨进程发送消息
从图中可以看出，渲染进程专门有一个 IO 线程用来接收其他进程传进来的消息，接收到消息之后，会将这些消息组装成任务发送给渲染主线程，后续的步骤就和前面讲解的“处理其他线程发送的任务”一样了。
消息队列中的任务类型
消息队列中的任务类型有哪些。
这里面包含了很多内部消息类型，如输入事件（鼠标滚动、点击、移动）、微任务、文件读写、WebSocket、JavaScript 定时器等等。
消息队列中还包含了很多与页面相关的事件，如 JavaScript 执行、解析 DOM、样式计算、布局计算、CSS 动画等。
以上这些事件都是在主线程中执行的，在编写 Web 应用时，需要衡量这些事件所占用的时长，并想办法解决单个任务占用主线程过久的问题。
当页面主线程执行完成之后，又该如何保证页面主线程能够安全退出呢？
Chrome 是这样解决的，确定要退出当前页面时，页面主线程会设置一个退出标志的变量，在每次执行完一个任务时，判断是否有设置退出标志。
如果设置了，那么就直接中断当前的所有任务，退出线程。
页面使用单线程的缺点
页面线程的一些特征
页面线程所有执行的任务都来自于消息队列。消息队列是“先进先出”的属性，也就是说放入队列中的任务，需要等待前面的任务被执行完，才会被执行。
鉴于这个属性，就有如下两个问题需要解决。
第一个问题是如何处理高优先级的任务。
比如一个典型的场景是监控 DOM 节点的变化情况（节点的插入、修改、删除等动态变化），然后根据这些变化来处理相应的业务逻辑。
观察者模式
一个通用的设计的是，利用 JavaScript 设计一套监听接口，当变化发生时，渲染引擎同步调用这些接口，这是一个典型的观察者模式。
不过这个模式有个问题，因为 DOM 变化非常频繁，如果每次发生变化的时候，都直接调用相应的 JavaScript 接口，那么这个当前的任务执行时间会被拉长，从而导致执行效率的下降。
异步的消息事件
如果将这些 DOM 变化做成异步的消息事件，添加到消息队列的尾部，那么又会影响到监控的实时性，因为在添加到消息队列的过程中，可能前面就有很多任务在排队了。
如果 DOM 发生变化，采用同步通知的方式，会影响当前任务的执行效率；如果采用异步方式，又会影响到监控的实时性。
那该如何权衡效率和实时性呢？
针对这种情况，微任务就应用而生了
微任务是如何权衡效率和实时性的
通常我们把消息队列中的任务称为宏任务，每个宏任务中都包含了一个微任务队列，在执行宏任务的过程中，如果 DOM 有变化，那么就会将该变化添加到微任务列表中，这样就不会影响到宏任务的继续执行，也就解决了执行效率的问题。
等宏任务中的主要功能都直接完成之后，这时候，渲染引擎并不着急去执行下一个宏任务，而是执行当前宏任务中的微任务，因为 DOM 变化的事件都保存在这些微任务队列中，这样也就解决了实时性问题。
第二个是如何解决单个任务执行时长过久的问题。
因为所有的任务都是在单线程中执行的，所以每次只能执行一个任务，而其他任务就都处于等待状态。如果其中一个任务执行时间过久，那么下一个任务就要等待很长时间。
单个任务执行时间过久
从图中你可以看到，如果在执行动画过程中，其中有个 JavaScript 任务因执行时间过久，占用了动画单帧的时间，这样会给用户制造了卡顿的感觉，这当然是极不好的用户体验。针对这种情况，JavaScript 可以通过回调功能来规避这种问题，也就是让要执行的 JavaScript 任务滞后执行。
实践：浏览器页面是如何运行的
浏览器的页面是如何运行的
打开开发者工具，点击“Performance”标签，选择左上角的“start porfiling and load page”来记录整个页面加载过程中的事件执行情况：
Performance 页面
从图中可以看出，我们点击展开了 Main 这个项目，其记录了主线程执行过程中的所有任务。图中灰色的就是一个个任务，每个任务下面还有子任务，其中的 Parse HTML 任务，是把 HTML 解析为 DOM 的任务。值得注意的是，在执行 Parse HTML 的时候，如果遇到 JavaScript 脚本，那么会暂停当前的 HTML 解析而去执行 JavaScript 脚本。
总结
- 如果有一些确定好的任务，可以使用一个单线程来按照顺序处理这些任务，这是第一版线程模型。
- 要在线程执行过程中接收并处理新的任务，就需要引入循环语句和事件系统，这是第二版线程模型。
- 如果要接收其他线程发送过来的任务，就需要引入消息队列，这是第三版线程模型。
- 如果其他进程想要发送任务给页面主线程，那么先通过 IPC 把任务发送给渲染进程的 IO 线程，IO 线程再把任务发送给页面主线程。
- 消息队列机制并不是太灵活，为了适应效率和实时性，引入了微任务。
思考时间
今天给你留的思考题是：结合消息队列和事件循环，你认为微任务是什么？引入微任务能带来什么优势呢？
