Node.js系列六 - 深入事件循环

1、 Node的事件循环

1.1. Node的事件循环

浏览器中的EventLoop是根据HTML5定义的规范来实现的，不同的浏览器可能会有不同的实现，而Node中是由libuv实现的。

libuv到底是什么呢？

• libuv是一个多平台的专注于异步IO的库，它最初是为Node开发的，但是现在也被使用到Luvit、Julia、pyuv等其他地方；

1.2. 阻塞IO和非阻塞IO

如果我们希望在程序中对一个文件进行操作，那么我们就需要打开这个文件：通过文件描述符。

• 我们思考：JavaScript可以直接对一个文件进行操作吗？
• 看起来是可以的，但是事实上我们任何程序中的文件操作都是需要进行系统调用（操作系统封装了文件系统）；
• 事实上对文件的操作，是一个操作系统的IO操作（输入、输出）；

操作系统为我们提供了 阻塞式 调用和 非阻塞式 调用：

• 阻塞式调用： 调用结果返回之前，当前线程处于阻塞态（阻塞态CPU是不会分配时间片的），调用线程只有在得到调用结果之后才会继续执行。
• 非阻塞式调用： 调用执行之后，当前线程不会停止执行，只需要过一段时间来检查一下有没有结果返回即可。

所以我们开发中的很多耗时操作，都可以基于这样的 非阻塞式 调用：

但是非阻塞IO也会存在一定的问题：我们并没有获取到需要读取（我们以读取为例）的结果

• 那么就意味着为了可以知道是否读取到了完整的数据，我们需要频繁的去确定读取到的数据是否是完整的；
• 这个过程我们称之为轮询操作

那么这个轮训的工作由谁来完成呢？

• 如果我们的主线程频繁的去进行轮训的工作，那么必然会大大降低性能；
• 并且开发中我们可能不只是一个文件的读写，可能是多个文件；
• 而且可能是多个功能：网络的IO、数据库的IO、子进程调用；

libuv提供了一个线程池（Thread Pool）：

• 线程池会负责所有相关的操作，并且会通过轮询等方式等待结果；
• 当获取到结果时，就可以将对应的回调放到事件循环（某一个事件队列）中；
• 事件循环就可以负责接管后续的回调工作，告知JavaScript应用程序执行对应的回调函数；

阻塞和非阻塞，同步和异步有什么区别？

• 阻塞和非阻塞是对于被调用者来说的；
  • 在我们这里就是系统调用，操作系统为我们提供了阻塞调用和非阻塞调用；
• 同步和异步是对于调用者来说的；
  • 在我们这里就是自己的程序；
  • 如果我们在发起调用之后，不会进行其他任何的操作，只是等待结果，这个过程就称之为同步调用；
  • 如果我们再发起调用之后，并不会等待结果，继续完成其他的工作，等到有回调时再去执行，这个过程就是异步调用；

1.3. Node事件循环的阶段

我们最前面就强调过，事件循环像是一个桥梁，是连接着应用程序的JavaScript和系统调用之间的通道：

• 无论是我们的文件IO、数据库、网络IO、定时器、子进程，在完成对应的操作后，都会将对应的结果和回调函数放到事件循环（任务队列）中；
• 事件循环会不断的从任务队列中取出对应的事件（回调函数）来执行；

但是一次完整的事件循环Tick分成很多个阶段：

• 定时器（Timers）：本阶段执行已经被 setTimeout() 和 setInterval() 的调度回调函数。
• 待定回调：执行延迟到下一个循环迭代的 I/O 回调。
• idle, prepare：仅系统内部使用。
• 轮询（Poll）：检索新的 I/O 事件；执行与 I/O 相关的回调；
• 检测：setImmediate() 回调函数在这里执行。

• 关闭的回调函数：一些关闭的回调函数，如：socket.on('close', ...)。

  
  一次tick的事件循环阶段

我们会发现从一次事件循环的Tick来说，Node的事件循环更复杂，它也分为微任务和宏任务：

• 宏任务（macrotask）：setTimeout、setInterval、IO事件、setImmediate、close事件；
• 微任务（microtask）：Promise的then回调、process.nextTick、queueMicrotask；

但是，Node中的事件循环不只是 微任务队列和 宏任务队列：

• 微任务队列：

  • next tick queue：process.nextTick；
  • other queue：Promise的then回调、queueMicrotask；

• 宏任务队列：

  • timer queue：setTimeout、setInterval；
  • poll queue：IO事件；
  • check queue：setImmediate；
  • close queue：close事件；

所以，在每一次事件循环的tick中，会按照如下顺序来执行代码：

• next tick microtask queue；
• other microtask queue；
• timer queue；
• poll queue；
• check queue；
• close queue；

1.4. 实操

async function async1() {
  console.log('async1 start')
  await async2()
  console.log('async1 end')
}

async function async2() {
  console.log('async2')
}

console.log('script start')

setTimeout(function () {
  console.log('setTimeout0')
}, 0)

setTimeout(function () {
  console.log('setTimeout2')
}, 300)

setImmediate(() => console.log('setImmediate'));

process.nextTick(() => console.log('nextTick1'));

async1();

process.nextTick(() => console.log('nextTick2'));

new Promise(function (resolve) {
  console.log('promise1')
  resolve();
  console.log('promise2')
}).then(function () {
  console.log('promise3')
})

console.log('script end')
//  result
script start
async1 start
async2
promise1
promise2
script end
nextTick
async1 end
promise3

setTimeout0
setImmediate
setTimeout2

• Node.js 事件循环