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深入理解JS事件循环机制（Node）

2022/02/10 JavaScript 共 2675 字，约 8 分钟

示例

从实践出发，先看一个例子

setTimeout(() => {
  console.log('timer1')
  Promise.resolve().then(function() {
    console.log('promise1')
  })
}, 0)

setTimeout(() => {
  console.log('timer2')
  Promise.resolve().then(function() {
    console.log('promise2')
  })
}, 0)

看一下在node环境下的输出结果

timer1
timer2
promise1
promise2

先简单分析一下执行过程： node-excute-animate

首先进入 timers 阶段，执行timer1的回调函数，打印timer1，并将promise1.then 回调放入 microtask 队列，同样的步骤执行timer2，打印timer2；至此，timer阶段执行结束，event loop 进入下一个阶段之前，microtask 队列的所有任务依次打印promise1、promise2。

Node.js的事件处理

Node.js采用V8作为js的解析引擎，而I/O处理使用了自己设计的libuv。什么是libuv，可以查看这篇文章（libuv介绍） 根据Node.js官方介绍，每次循环都包含6个阶段，如图所示： node

  • timers 阶段： 执行setTimeout和setInterval中到期的callback
  • I/O callbacks 阶段： 上一轮循环中的少数的callback会放在这一阶段执行
  • idle, prepare 阶段： 仅在node内部使用
  • poll 阶段： 最重要的阶段，获取新的I/O事件，适当条件下node会阻塞在这个阶段
  • check 阶段： 执行setImmediate()的回调（setImmediate将事件插入到事件队列的尾部，主线程和事件队列的函数执行完之后立即执行setImmediate）
  • close callbacks 阶段： 执行socket和close的回调函数，比如socket.on('close', callback)的 callback 会在这个阶段执行

每一个阶段都有一个装有 callback 的fifo queue(队列)，当 event loop 运行到一个指定阶段时，Node将执行该阶段的队列，当队列 callback 执行完或执行 callbacks 数量超过该阶段上限时，event loop 会转入下一个阶段。

重点看timers、poll、check3个阶段，具体细节如下：

timer

timer是事件循环的第一个阶段，Node会去检查setTimeout和setInterval中有无过期的callback，如果有则把它的回调压入timer的任务队列中等待执行。

poll

在nide.js里，任何异步方法（除timer、close、setImmediate外）完成时，都会将其 callback 加到 poll queue 里，并立即执行。

poll阶段主要有2个功能：

  • 处理 poll 队列的事件
  • 当到达 timers 指定的时间时，执行 timers 的 callback

event loop进入poll阶段会出现两种情况：

1.timer queue 为空

  • 如果 poll queue 不为空，event loop 将同步执行队列中的 callback，直到队列为空或者执行的 callback 到达系统上限
  • 如果 poll queue 为空，又分为两种情况：
    • 如果有预设的setImmediate()， event loop 将结束 poll 阶段进入 check 阶段，并执行 check 阶段的任务队列
    • 如果没有预设的setImmediate()， event loop 将阻塞在该阶段等待 callbacks 加入 poll queue

2.timer queue 不为空

  • 如果 poll queue 进入空状态，event loop 将检查 timers ，如果有 timers 时间已到达，event loop 将按循环进入 timers 阶段，并执行 timer queue

check

此阶段允许在 poll 阶段完成后立即执行回调。如果 poll 阶段空闲并且队列中有setImmediate()，event loop 会继续执行到 check 阶段而不是继续等待。

setImmediate() 和 setTimeout() 的区别

  • setImmediate()用于在当前poll阶段完成后check阶段执行脚本
  • setTimeout()在经过以毫秒(ms)为单位的最小阙值后，在timers阶段执行

举个例子：

const fs = require('fs')

fs.readFile('a.txt', () => {
  console.log('readFile')
  setTimeout(() => {
    cosnole.log('timeout')
  }, 0)
  setImmediate(() => {
    console.log('immediate')
  }, 0)
})

执行结果

readFile
immediate
timeout

immediate在timeout之前打印，主要原因是在I/O阶段读取文件后，event loop 会先进入poll阶段，发现有setImmediate()需要执行，会立即进入check阶段执行setImmediate()的回调，然后再进入timers阶段，执行setTimeout()的回调。

process.nextTick()

process.nextTick()会在各个事件阶段之前执行，一旦执行，要直到nextTick队列被清空，才会进入到下一个事件阶段。所以如果递归调用process.nextTick()会导致 I/O starving 的问题。

例子：

setTimeout(() => {
  console.log('timeout')
})

setImmediate(() => {
  console.log('immediate')
})

function apiCall(cb) {
  process.nextTick(cb)
}

apiCall(() => {
  console.log('process.nextTick')
})

打印结果为

process.nextTick
immediate
timeout
// 或者
// process.nextTick
// timeout
// immediate

参考文章：

1.event-loop-timers-and-nexttick
2.深入理解js事件循环机制（Node.js篇）
3.一次弄懂Event Loop
4.Node.js Event Loop 的理解 Timers，process.nextTick()

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