nodejs事件和事件循環詳解

簡介

上篇文章我們簡單的介紹了nodejs中的事件event和事件循環event loop。本文本文将會更進一步，繼續講解nodejs中的event，并探讨一下setTimeout，setImmediate和process.nextTick的差別。

nodejs中的事件循環

雖然nodejs是單線程的，但是nodejs可以将操作委托給系統核心，系統核心在背景處理這些任務，當任務完成之後，通知nodejs,進而觸發nodejs中的callback方法。

這些callback會被加入輪循隊列中，最終被執行。

通過這樣的event loop設計，nodejs最終可以實作非阻塞的IO。

nodejs中的event loop被分成了一個個的phase，下圖列出了各個phase的執行順序：

每個phase都會維護一個callback queue,這是一個FIFO的隊列。

當進入一個phase之後，首先會去執行該phase的任務，然後去執行屬于該phase的callback任務。

當這個callback隊列中的任務全部都被執行完畢或達到了最大的callback執行次數之後，就會進入下一個phase。

注意， windows和linux的具體實作有稍許不同，這裡我們隻關注最重要的幾個phase。

問題：phase的執行過程中，為什麼要限制最大的callback執行次數呢？

回答：在極端情況下，某個phase可能會需要執行大量的callback，如果執行這些callback花費了太多的時間，那麼将會阻塞nodejs的運作，是以我們設定callback執行的次數限制，以避免nodejs的長時間block。

phase詳解

上面的圖中，我們列出了6個phase，接下來我們将會一一的進行解釋。

timers

timers的中文意思是定時器，也就是說在給定的時間或者時間間隔去執行某個callback函數。

通常的timers函數有這樣兩種：setTimeout和setInterval。

一般來說這些callback函數會在到期之後盡可能的執行，但是會受到其他callback執行的影響。 我們來看一個例子：

const fs = require('fs');

function someAsyncOperation(callback) {
  // Assume this takes 95ms to complete
  fs.readFile('/path/to/file', callback);
}

const timeoutScheduled = Date.now();

setTimeout(() => {
  const delay = Date.now() - timeoutScheduled;

  console.log(`${delay}ms have passed since I was scheduled`);
}, 100);

// do someAsyncOperation which takes 95 ms to complete
someAsyncOperation(() => {
  const startCallback = Date.now();

  // do something that will take 10ms...
  while (Date.now() - startCallback < 10) {
    // do nothing
  }
});           

上面的例子中，我們調用了someAsyncOperation，這個函數首先回去執行readFile方法，假設這個方法耗時95ms。接着執行readFile的callback函數，這個callback會執行10ms。最後才回去執行setTimeout中的callback。

是以上面的例子中，雖然setTimeout指定要在100ms之後運作，但是實際上還要等待95 + 10 = 105 ms之後才會真正的執行。

pending callbacks

這個phase将會執行一些系統的callback操作，比如在做TCP連接配接的時候，TCP socket接收到了ECONNREFUSED信号，在某些liunx作業系統中将會上報這個錯誤，那麼這個系統的callback将會放到pending callbacks中運作。

或者是需要在下一個event loop中執行的I/O callback操作。

idle, prepare

idle, prepare是内部使用的phase，這裡就不過多介紹。

poll輪詢

poll将會檢測新的I/O事件，并執行與I / O相關的回調，注意這裡的回調指的是除了關閉callback，timers，和setImmediate之外的幾乎所有的callback事件。

poll主要處理兩件事情：輪詢I/O，并且計算block的時間，然後處理poll queue中的事件。

如果poll queue非空的話，event loop将會周遊queue中的callback，然後一個一個的同步執行，知道queue消費完畢，或者達到了callback數量的限制。

因為queue中的callback是一個一個同步執行的，是以可能會出現阻塞的情況。

如果poll queue空了，如果代碼中調用了setImmediate，那麼将會立馬跳到下一個check phase，然後執行setImmediate中的callback。 如果沒有調用setImmediate，那麼會繼續等待新來的callback被加入到queue中，并執行。

check

主要來執行setImmediate的callback。

setImmediate可以看做是一個運作在單獨phase中的獨特的timer，底層使用的libuv API來規劃callbacks。

一般來說，如果在poll phase中有callback是以setImmediate的方式調用的話，會在poll queue為空的情況下，立馬結束poll phase，進入check phase來執行對應的callback方法。

close callbacks

最後一個phase是處理close事件中的callbacks。 比如一個socket突然被關閉，那麼将會觸發一個close事件，并調用相關的callback。

setTimeout 和 setImmediate的差別

setTimeout和setImmediate有什麼不同呢？

從上圖的phase階段可以看出，setTimeout中的callback是在timer phase中執行的，而setImmediate是在check階段執行的。

從語義上講，setTimeout指的是，在給定的時間之後運作某個callback。而setImmediate是在執行完目前loop中的 I/O操作之後，立馬執行。

那麼這兩個方法的執行順序上有什麼差別呢？

下面我們舉兩個例子，第一個例子中兩個方法都是在主子產品中運作：

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

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

這樣運作兩個方法的執行順序是不确定，因為可能受到其他執行程式的影響。

第二個例子是在I/O子產品中運作這兩個方法：

const fs = require('fs');

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

你會發現，在I/O子產品中，setImmediate一定會在setTimeout之前執行。

兩者的共同點

setTimeout和setImmediate兩者都有一個傳回值，我們可以通過這個傳回值，來對timer進行clear操作：

const timeoutObj = setTimeout(() => {
  console.log('timeout beyond time');
}, 1500);

const immediateObj = setImmediate(() => {
  console.log('immediately executing immediate');
});

const intervalObj = setInterval(() => {
  console.log('interviewing the interval');
}, 500);

clearTimeout(timeoutObj);
clearImmediate(immediateObj);
clearInterval(intervalObj);           

clear操作也可以clear intervalObj。

unref 和 ref

setTimeout和setInterval傳回的對象都是Timeout對象。

如果這個timeout對象是最後要執行的timeout對象，那麼可以使用unref方法來取消其執行，取消執行完畢，可以使用ref來恢複它的執行。

const timerObj = setTimeout(() => {
  console.log('will i run?');
});

timerObj.unref();

setImmediate(() => {
  timerObj.ref();
});           

注意，如果有多個timeout對象，隻有最後一個timeout對象的unref方法才會生效。

process.nextTick

process.nextTick也是一種異步API，但是它和timer是不同的。

如果我們在一個phase中調用process.nextTick，那麼nextTick中的callback會在這個phase完成，進入event loop的下一個phase之前完成。

這樣做就會有一個問題，如果我們在process.nextTick中進行遞歸調用的話，這個phase将會被阻塞，影響event loop的正常執行。

那麼，為什麼我們還會有process.nextTick呢？

考慮下面的一個例子：

let bar;

function someAsyncApiCall(callback) { callback(); }

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

bar = 1;           

上面的例子中，我們定義了一個someAsyncApiCall方法，裡面執行了傳入的callback函數。

這個callback函數想要輸出bar的值，但是bar的值是在someAsyncApiCall方法之後被指派的。

這個例子最終會導緻輸出的bar值是undefined。

我們的本意是想讓使用者程式執行完畢之後，再調用callback，那麼我們可以使用process.nextTick來對上面的例子進行改寫：

let bar;

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

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

bar = 1;           

我們再看一個實際中使用的例子：

const server = net.createServer(() => {}).listen(8080);

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

上面的例子是最簡單的nodejs建立web服務。

上面的例子有什麼問題呢？listen(8000) 方法将會立馬綁定8000端口。但是這個時候，server的listening事件綁定代碼還沒有執行。

這裡實際上就用到了process.nextTick技術，進而不管我們在什麼地方綁定listening事件，都可以監聽到listen事件。

process.nextTick 和 setImmediate 的差別

process.nextTick 是立馬在目前phase執行callback，而setImmediate是在check階段執行callback。

是以process.nextTick要比setImmediate的執行順序優先。

實際上，process.nextTick和setImmediate的語義應該進行互換。因為process.nextTick表示的才是immediate,而setImmediate表示的是next tick。

本文作者：flydean程式那些事

本文連結：

http://www.flydean.com/nodejs-event-more/

本文來源：flydean的部落格

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