[NodeJs系列]Q&A之理解NodeJs中的Event Loop、Timers以及process.nextTick()

在上一篇文章理解NodeJs中的Event Loop、Timers以及process.nextTick中笔者提了几个问题，现在针对这些问题给出我的理解，如有错漏烦请指正。

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poll阶段什么时候会被阻塞？

在上一篇文章中提到在poll阶段会“接收新的I/O事件并且在适当时node会阻塞在这里”，那什么情况下会阻塞呢？阻塞多久呢？

对于这个问题，我们必须深入到libuv的源码，看看poll阶段是怎么实现的:

int uv_run(uv_loop_t* loop, uv_run_mode mode) {
  int timeout;
  int r;
  int ran_pending;

  r = uv__loop_alive(loop);
  if (!r)
    uv__update_time(loop);

  while (r != 0 && loop->stop_flag == 0) {
    uv__update_time(loop);
    uv__run_timers(loop);
    ran_pending = uv__run_pending(loop);
    uv__run_idle(loop);
    uv__run_prepare(loop);

    timeout = 0;
    if ((mode == UV_RUN_ONCE && !ran_pending) || mode == UV_RUN_DEFAULT)
      timeout = uv_backend_timeout(loop);
      
    // 这是poll阶段
    uv__io_poll(loop, timeout);
    uv__run_check(loop);
    uv__run_closing_handles(loop);

    if (mode == UV_RUN_ONCE) {
      /* UV_RUN_ONCE implies forward progress: at least one callback must have
       * been invoked when it returns. uv__io_poll() can return without doing
       * I/O (meaning: no callbacks) when its timeout expires - which means we
       * have pending timers that satisfy the forward progress constraint.
       *
       * UV_RUN_NOWAIT makes no guarantees about progress so it's omitted from
       * the check.
       */
      uv__update_time(loop);
      uv__run_timers(loop);
    }

    r = uv__loop_alive(loop);
    if (mode == UV_RUN_ONCE || mode == UV_RUN_NOWAIT)
      break;
  }

  /* The if statement lets gcc compile it to a conditional store. Avoids
   * dirtying a cache line.
   */
  if (loop->stop_flag != 0)
    loop->stop_flag = 0;

  return r;
}

从源码我们可以看到uv__io_poll传入了timeout作为参数，而这个timeout就决定了poll阶段阻塞的时长，明白这一点我们就可以把问题转化成：是什么决定的timeout的值？

再回到源码中，timeout的初始值为0，也就意味着poll阶段之后会直接转入check阶段而不会发生阻塞。但是当(mode == UV_RUN_ONCE && !ran_pending) || mode == UV_RUN_DEFAULT这些条件成立时，timeout就由uv_backend_timeout的返回值决定。

这里需要插播一下关于mode值的问题，根据官方文档 mode一共有三种情况：

• UV_RUN_DEFAULT
• UV_RUN_ONCE
• UV_RUN_NOWAIT

这里我们只关心UV_RUN_DEFAULT，因为Node event loop使用的是这种模式.

OK～回到问题，我们再看一下uv_backend_timeout会返回什么？

int uv_backend_timeout(const uv_loop_t* loop) {
  if (loop->stop_flag != 0)
    return 0;

  if (!uv__has_active_handles(loop) && !uv__has_active_reqs(loop))
    return 0;

  if (!QUEUE_EMPTY(&loop->idle_handles))
    return 0;

  if (!QUEUE_EMPTY(&loop->pending_queue))
    return 0;

  if (loop->closing_handles)
    return 0;

  return uv__next_timeout(loop);
}

这是一个多步条件判断函数，我们一个个分析：

1. 如果event loop已（或正在）结束（调用了uv_stop()，stop_flag != 0）,timeout为0
2. 如果没有异步任务需要处理，timeout为0
3. 如果还有未处理的idle_handles和pending_queue，timeout为0（对于idle_handles和pending_queue分别代表什么，笔者还没有概念，如果后面有相应资料会及时更新）
4. 如果还有存在未清理的资源，timeout为0
5. 如果以上条件都不满足，则使用uv__next_timeout处理

int uv__next_timeout(const uv_loop_t* loop) {
  const struct heap_node* heap_node;
  const uv_timer_t* handle;
  uint64_t diff;

  heap_node = heap_min((const struct heap*) &loop->timer_heap);
  if (heap_node == NULL)
    return -1; /* block indefinitely */

  handle = container_of(heap_node, uv_timer_t, heap_node);
  if (handle->timeout <= loop->time)
    return 0;

  // 这句代码给出了关键性的指导
  // 对比当前loop的时间戳
  diff = handle->timeout - loop->time;

  //不能大于最大的INT_MAX
  if (diff > INT_MAX)
    diff = INT_MAX;

  return diff;
}

总结一下，event loop 满足以下条件时，poll阶段会进行阻塞：

1. event loop 并未触发关闭动作
2. 还有异步队列没有处理
3. 资源已全部关闭

而阻塞的时间最长不超过给定定时器的最小阀值

为什么在非I/O循环中，setTimeout和setImmediate的执行顺序是不一定的？

上文提到setTimeout和setImmediate在非I/O循环中，执行顺序是不一定的，比如：

setTimeout(function timeout() {
  console.log('timeout');
}, 0);

setImmediate(function immediate() {
  console.log('immediate');
});

$ node timeout_vs_immediate.js
timeout
immediate

$ node timeout_vs_immediate.js
immediate
timeout

相同代码，两次运行结果却是相反的，这是为什么呢？

在node中，setTimeout(cb, 0) === setTimeout(cb, 1)

在event loop的第一个阶段（timers阶段），node都会从一堆定时器中取出一个最小阀值的定时器来与loop->time进行比较，如果阀值小于等于loop->time表示定时器已超时，相应的回调便会执行（随后会检查下一个定时器），如果没有则会进入下一个阶段。

所以setTimeout是否在第一阶段执行取决于loop->time的大小，这里可能出现两种情况：

1. 由于第一次loop前的准备耗时超过1ms，当前的loop->time >=1 ，则uv_run_timer生效，timeout先执行
2. 由于第一次loop前的准备耗时小于1ms，当前的loop->time < 1，则本次loop中的第一次uv_run_timer不生效，那么io_poll后先执行uv_run_check，即immediate先执行，然后等close cb执行完后，继续执行uv_run_timer

这就是为什么同一段代码，执行结果随机的缘故。那为什么说在I/O回调中，一定是先immediate执行呢，其实也很容易理解，考虑以下场景：

// timeout_vs_immediate.js
const fs = require('fs');

fs.readFile(__filename, () => {
  setTimeout(() => {
    console.log('timeout');
  }, 0);
  setImmediate(() => {
    console.log('immediate');
  });
});

由于timeout和immediate的事件注册是在readFile的回调执行时触发的，所以必然的，在readFile的回调执行前的每一次event loop进来的uv_run_timer都不会有超时事件触发
那么当readFile执行完毕，poll阶段收到监听的fd事件完成后，执行了该回调，此时

1. timeout事件注册
2. immediate事件注册
3. 由于readFile的回调执行完毕，那么就会从uv_io_poll中出来，此时立即执行uv_run_check，所以immediate事件被执行掉
4. 最后的uv_run_timer检查timeout事件，执行timeout事件

所以你会发现，在I/O回调中注册的两者，永远都是immediately先执行

JS调用栈被展开是什么意思？

栈展开主要是指在抛出异常后逐层匹配catch语句的过程，举个例子：

function a(){
  b();
}
function b(){
  c();
}
function c(){
  throw new Error('from function c');
}

a();

这个例子中，函数c抛出异常，这是首先会在c函数本身检查是否存在try相关的catch语句，如果没有就退出当前函数，并且释放当前函数的内存并销毁局部对象，继续到b函数中查找，这个过程就称之为栈展开。

参考

1. https://zhuanlan.zhihu.com/p/...
2. https://cnodejs.org/topic/57d...
3. http://gngshn.github.io/2017/...
4. http://docs.libuv.org/en/v1.x...