Node中的事件循环

Node中的事件循环

如果对前端浏览器的时间循环不太清楚，请看这篇文章。那么node中的事件循环是什么样子呢？其实官方文档有很清楚的解释，本文先从node执行一个单文件说起，再讲事件循环。

node的内部模块

任何高级语言的存在都有一定的执行环境，比如浏览器的代码是在浏览器引擎中，那么在node环境中也有一定的执行环境。我们先来看一下官网的依赖包有哪些？

• V8
• libuv
• http-parser
• c-cares
• OpenSSL
• zlib

上面就是nodejs中依赖的模块。那么这些模块之间是如何工作的呢？模块之间的工作关系如下图所示：

主要过程如下：

• step1: 用户的代码通过v8引擎解释器，解析为两部分："立即执行"和"异步执行"。

立即执行：可以理解为，需要v8引擎去处理的代码；
异步执行：并不是真正的异步，可以理解为，不需要v8引擎处理的和需要异步处理的。

• step2: “异步执行”的部分，通过v8引擎和底层之间建立的绑定关系，去执行对应的操作
• step3: 在“异步执行”部分，通过libuv内部的事件循环机制，无阻塞调用。libuv在执行的时候，主要通过handles和request实现对应的操作，handles和requests具备不同的数据结构。官网解释，handles是长期存在的对象，request是短期存在的对象，猜测来讲，requests和handles有不同的垃圾回收机制。

libuv的事件循环

一个线程有唯一的一个事件循环(event loop)。线程非安全。

这里需要理解两点：

• 线程

这可能和我们理解的不太一样，Javascript代码是单线程的，但是libuv不是单线程的，他可以开启多个线程,libuv 提供了一个调度的线程池，线程池中的线程数目，默认是4个，最多1024个（为什么？因为每一个线程都会占用资源，而内存是有限的），关于线程池的可以看官方文档。

• 线程安全

对数据的操作无非就是读和写，线程安全，简单来说，就是一个线程对这一份数据具有独占性，只有当该线程操作完成，其他线程才可以进行操作，当然线程安全的概念远不止这些，详细可以看维基百科，这里就简单理解一下就行了。

libuv中的事件循环

事件循环图，如下所示：

主要分为下面几步：

• step1: 线程启动时，初始化一个时间：now，为了计算后面的timer的回调函数什么时候执行
• step2: 判断事件循环是否存活，如果不存活，立即退出，否则进行下一步。判断是否存活的依据：索引是否存在。索引就是指否还有需要执行的事件，是否还有请求，关闭事件循环的请求等等。(用白话来讲，就是看还有没有没处理的事情)
• step3: 执行所有的定时器（timers）在事件循环之前
• step4: 执行待执行（pending）的回调，一般的IO轮询都会在轮询后，立即执行，但是有的也会延迟（defer）执行，延迟执行的，就会在这个阶段执行
• step4: 执行空闲（idle）函数，每个阶段都会执行的，一般情况下是执行一些必要的操作，程序内置的
• step5: 执行准备好的回调函数，具体内部使用的

• step6: IO轮询执行，直到超时，在阻塞执行之前，会计算超时时间，也就是停止轮询的时间：

  • 如果队列为空、或者是即将关闭，或者有将要关闭的handles，timeout为0
  • 如果没有上面的情况，超时时间就取最近的timer时间，否则就是无穷大

(用白话来理解，就是看有没有要关闭的，有的话，就直接往下走，没有的话，看看有哪个事件比较急，到了点就去执行)

• step7: 执行IO
• step8: 检查接下来要执行哪些handle，保证正确执行
• step9: 是否存在关闭的回调，如果有就执行，关闭循环，否则继续循环

通常情况下来讲，文件的I/O会调用线程池，但是网络请求的I/O总是用同一个线程。

Node中的事件循环

阻塞和非阻塞

node中所有的代码几乎都提供了同步(阻塞)和异步(非阻塞)的方式，你可以选择使用哪一种方式，但是不要混合使用。

node中的事件循环，就是一个简版的libuv事件循环机制图

NodeJs中的定时器

NodeJs中的定时器主要有三种：

• setTimeout
• setInterval
• setImmediate

三个定时器都有对应的取消函数：

• clearTimeout
• clearInterval
• clearImmediate

setTimeout && setInterval

setTimeout和setInterval行为和在浏览器环境中的行为类似，但是setTimeout和setImmediate有一点不同。在libuv中可以看到，判断循环是否结束的时候，是需要判断是否还有待执行的函数，如果只剩下一个setTimeout或者setInterval函数，那么整个循环还会继续存在，node提供了一个函数，可以让循环暂时休眠。

• unref
• ref

unref是可以让setTimeout暂时休眠，ref可以再次唤醒

setImmediate

setImmediate是指定在事件循环结束执行的。主要发生在poll阶段之后

如果poll队列没空，则一直执行，直到对列空位置

如果poll队列空了，有setImmediate事件，则会跳到check阶段

如果poll队列空了，没有setImmediate事件，就会查看哪一个timer事件快要到期了，转到timers阶段

依据上面的解释，就有了setTimeout和setImmediate执行先后顺序的问题：

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

先说答案：

可能会有两种情况:
timeout
immediate
或者
immediate
timeout

为什么？
主要是setTimeout在前或者后的问题，依赖于线程的执行速度。
主要是两个阶段：

• 1、v8引擎执行环境扫描代码，启动事件循环，当走到setTimeout的时候，会将timeout丢进libuv事件队列中

• 2、v8引擎继续执行，走到setImmediate

  • 此时，上面的libuv事件队列可能执行第一次，刚走到poll阶段，那么接下来就会打印immediate，
  • 也可能libuv事件队列，已经第二次循环，经过了poll阶段，然后判断timeout到时间了，去执行timeout了，这样就会先打印timeout然后再打印immediate

所以根本原因是在于事件循环执行了一次还是两次。

那我们接下来看看事件循环的逻辑

nextTick

Node添加了这样一个API，这个并不在事件循环的机制内，但是和时间循环机制相关。先来看一下定义：

nextTick的定义是在事件循环的下一个阶段之前执行对应的回调。

虽然nextTick是这样定义的，但是它并不是为了在事件循环的每个阶段去执行的。
主要有下面两种应用场景：

• 作为下一个执行阶段的钩子，去清理不需要的资源，或者再次请求
• 等运行环境准备好之后，再去执行回调

案例一：

let bar;

function someAsyncApiCall(callback) {
  callback()
  process.nextTick(callback);
}

someAsyncApiCall(() => {
  console.log('bar', bar); // 1
});

bar = 1;

// 输出
undefined
1

输出undefine的情况是，因为执行函数的时候，bar并没有被赋值，而process.nextTick则能保证整个执行环境都准备好了再去执行

案例二：

const server = net.createServer();
server.on('connection', (conn) => { });

server.listen(8080);
server.on('listening', () => { });

当v8引擎执行完代码后，listen的回调会直接命中poll阶段，那么server的connect事件就不会执行

案例三：

想要在构造函数中，去发送对应的事件，因为此时v8引擎还没有扫描到，而构造函数的代码会立即执行，就需要nextTick

const EventEmitter = require('events');
const util = require('util');

function MyEmitter() {
  EventEmitter.call(this);
  // 这样操作无效
  this.emit('event');
  // 应该这样
  // process.nextTick(() => {
    this.emit('event');
  });
}
util.inherits(MyEmitter, EventEmitter);

const myEmitter = new MyEmitter();
myEmitter.on('event', () => {
  console.log('an event occurred!');
});

总结

上面三个案例，重点在于v8引擎是单线程立即执行，而libuv则是异步执行，想要在异步循环之前执行一些操作就需要process.nextTick

参考文档

Node官网解释
libuv的设计
关于libuv的概念详细解释
libuv线程池实现
并发