nodeJS中的事件循环

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2023年05月29日 00:08 · 阅读数 20

事件循环是nodeJS的特点之一，也是非阻塞异步I/O的基础，上一篇学习中没有升入，因此这篇文章来深入学习一下。

参考文章：

深入理解NodeJS事件循环机制

事件循环规范

Node.js理论实践之《异步非阻塞IO与事件循环》

主要学习node事件循环的两个问题：

1 事件循环详解

2 事件循环中的本轮循环与下轮循环

1 什么是node事件循环

nodejs是单线程的，但是同时也有非阻塞异步IO的特性，那么是怎么在单线程下实现的呢？

node的单线程指的是进程中有一个主线程在执行代码，但是同时也会维护一个事件队列，在遇到网络请求，异步操作（ 后面详解）的时候。此操作会先放到事件队列中排队（不会马上执行），同时主线程的代码会继续执行，当主线程代码执行完成之后，通过事件循环机制，检查队列中是否有需要处理的事件，然后从队列头中取出事件，并分配线程池处理事件，全部执行完毕之后，事件队列通知主线程，执行回调，把线程归还给线程池。

具体如下图：

nodeJS中的事件循环

2 node事件循环基本流程

每个Node.js进程只有一个主线程在执行程序代码，形成一个执行栈（execution context stack)；
主线程之外，还维护一个事件队列（Event queue），当用户的网络请求或者其它的异步操作到来时，会先进入到事件队列中排队，并不会立即执行它，代码也不会被阻塞，继续往下走，直到主线程代码执行完毕；
主线程代码执行完毕完成后，然后通过事件循环机制（Event Loop），检查队列中是否有要处理的事件，从队头取出第一个事件，从线程池分配一个线程来处理这个事件，然后是第二个，第三个，直到队列中所有事件都执行完了。当有事件执行完毕后，会通知主线程，主线程执行回调，并将线程归还给线程池。这个过程就叫事件循环(Event Loop)；
不断重复上面的第三步；

3 node事件循环的六个阶段

上面的23 可以分为六个阶段（事件循环的六个阶段）

   ┌───────────────────────────┐
┌─>│           timers          │
│  └─────────────┬─────────────┘
│  ┌─────────────┴─────────────┐
│  │     pending callbacks     │
│  └─────────────┬─────────────┘
│  ┌─────────────┴─────────────┐
│  │       idle, prepare       │
│  └─────────────┬─────────────┘      ┌───────────────┐
│  ┌─────────────┴─────────────┐      │   incoming:   │
│  │           poll            │<─────┤  connections, │
│  └─────────────┬─────────────┘      │   data, etc.  │
│  ┌─────────────┴─────────────┐      └───────────────┘
│  │           check           │
│  └─────────────┬─────────────┘
│  ┌─────────────┴─────────────┐
└──┤      close callbacks      │
   └───────────────────────────┘

概述：

每个阶段都有一个FIFO（先进先出）执行回调函数的队列，每个阶段都有自己的特殊职能，eventLoop进入该阶段是会执行该阶段队列中存在的所有回调函数
跳转下一阶段的条件：1 执行完成该阶段的所有回调函数（队列耗尽）；2 超过最大执行限度（nodejs自己规定的参数）
poll阶段中处理新的事件可能会加到内核的队列中，也就是处理轮询事件的时候有加入新的轮询事件，所以破阶段的运行时间有可能比计时器规定的时间长（详细看上一篇文章）链接；
当所有阶段顺序执行一次之后，称之为EventLoop完成一个tick 进入下一个tick

阶段描述：

timers(定时器)阶段：执行setTimeout和setInterval调度的回调。
pending callbacks(等待回调)阶段：用于执行前一轮事件循环中被延迟到这一轮的I/O回调函数。
idle,prepare(闲置,准备)阶段: 只能内部使用（官方文档描述，没看懂）。
poll(轮询)阶段：最重要的阶段，执行I/O事件回调，除了关闭回调、计时器调度的回调和 setImmediate() 之外的几乎所有异步操作），都将会在这个阶段被处理。
check(检查)阶段：执行 setImmediate 的回调。
close callbacks(关闭回调)阶段：执行close事件的回调, 如套接字（socket）或句柄（handle）突然关闭;

前面也提到当执行到对应异步操作的时候，linux系统支持异步I/O的操作，而windos采用iocp的方式（本质是多线程池）来提供支持。

这里重点讲一下poll阶段（轮询阶段）

轮询阶段主要有两个功能：

当timers的定时器到期后，执行定时器（setTimeout和SetINterval）中的callback
执行poll队列里面的I/O操作，callback

下面是详解：

如果Event Loop进入了poll阶段，且代码没有设定timer（或者timers队列为空）可能会发生以下情况

如果 poll queue 不为空，Event Loop 将同步的执行 queue 里的 callback，直至 queue 为空，或者执行的 callback 到达系统上限。
如果 poll queue 为空，可能发生以下情况：

如果代码使用 setImmediate() 设定了 callback，Event Loop 将结束 poll 阶段进入 check 阶段，并执行 check 阶段的 queue。
如果代码没有使用 setImmediate()，Event Loop 将阻塞在该阶段等待 callbacks 加入 poll queue，如果有 callback 进来则立即执行。一旦 poll queue 为空，Event Loop 将检查 timers，如果有 timer 的时间到期，Event Loop 将回到 timers 阶段，然后执行 timer queue。

仔细对比上面的图，还是比较好理解的。

4 本次循环与次轮循环

上面提到的是单轮异步任务，那么在nodejs中提供两个异步任务同时开启了，先执行谁呢？谁先快就执行谁吗，这显然是不合理的。这就引出了nodejs中的本轮循环与次轮循环

nodejs中的异步任务分为两种

追加在本轮循环中的异步任务：process.nextTick 和 Promise （微任务）的回调函数
追加在次轮循环中的异步任务：setTimeout、setInterval、setImmediate 的回调函数

记住这两个分类，下面也就很好理解了

process.nextTick

1）process.nextTick 不要因为有 next 就被当作次轮循环。

2）Node 执行完所有同步任务，接下来就会执行 process.nextTick 的任务队列。

3）开发过程中如果想让异步任务尽可能快地执行，可以使用 process.nextTick 来完成。

promise 微任务（microtack）

根据语言规格，Promise 对象的回调函数，会进入异步任务里面的”微任务”（microtask）队列。

微任务队列追加在 process.nextTick 队列的后面，也属于本轮循环。

根据语言规格，Promise 对象的回调函数，会进入异步任务里面的”微任务”（microtask）队列。

也就是说promise的回调函数，会在process.nextTick()后面执行

process.nextTick(() => console.log(1))
Promise.resolve().then(() => console.log(2))
process.nextTick(() => console.log(3))
Promise.resolve().then(() => console.log(4))
//输出结果 1，3，2，4

只有前一个队列全部清空以后，才会执行下一个队列。两个队列的概念 nextTickQueue 和微队列 microTaskQueue，也就是说开启异步任务也分为几种，像 promise 对象这种，开启之后直接进入微队列中，微队列内的就是那个任务

5.事件循环中的 setTimeOut 与 setImmediate

由于 setTimeout 在 timers 阶段执行，而 setImmediate 在 check 阶段执行。

所以，setTimeout 会早于 setImmediate 完成。

setTimeout(() => console.log(1))
setImmediate(() => console.log(2))

上面代码应该先输出 1，再输出 2，但是实际执行的时候，结果却是不确定，有时还会先输出 2，再输出 1。

这是因为 setTimeout 的第二个参数默认为 0。但是实际上，Node 做不到 0 毫秒，最少也需要 1 毫秒，根据官方文档，第二个参数的取值范围在 1 毫秒到 2147483647 毫秒之间。也就是说，setTimeout(f, 0)等同于 setTimeout(f, 1)。

实际执行的时候，进入事件循环以后，有可能到了 1 毫秒，也可能还没到 1 毫秒，取决于系统当时的状况。如果没到 1 毫秒，那么 timers 阶段就会跳过，进入 check 阶段，先执行 setImmediate 的回调函数

6 总结

整体的执行顺序：同步任务 -本轮循环- 次轮循环