Node 事件循环机制 Event Loop

JavaScript是一门单线程的非阻塞脚本语言，Event Loop就是为了解决JavaScript异步编程的一种解决方案。

总结#

代码执行开启一个全局调用栈(主栈)提供代码运行的环境，在执行过程中同步任务的代码立即执行，遇到异步任务根据这个异步事件的类型，将异步的回调注册添加到对应的宏任务队列或者微任务队列中。并且在当前执行栈为空的时候，主线程会查看微任务队列是否有事件存在。如果不存在，那么再去宏任务队列中取出一个事件并把对应的回到加入当前执行栈；如果存在，则会依次执行队列中事件对应的回调，直到微任务队列为空，然后去宏任务队列中取出最前面的一个事件，把对应的回调加入当前执行栈...如此反复，进入循环。

当前执行栈执行完毕时会立刻先处理所有微任务队列中的事件，然后再去宏任务队列中取出一个事件。同一次事件循环中，微任务永远在宏任务之前执行。

浏览器的各种宏任务，都是按照代码的顺序执行的，没有其他优先级。nodejs 的宏任务是分了如下类型，nodejs 事件循环中宏任务需要按照这个顺序来执行。

timers(计时器) - 执行 setTimeout 以及 setInterval 的回调
I/O callbacks - 处理网络、流、TCP 的错误回调
idle, prepare --- 闲置阶段 - node 内部使用
poll(轮循) - 执行 poll 中的 I/O 队列，检查定时器是否到时间
check(检查) - 存放 setImmediate 回调
close callbacks - 关闭回调，例如 socket.on('close')

nodejs 事件循环的过程

执行同步代码
执行 process.nextTick 和微任务（前者优先级更高）
按照顺序执行 6 个类型的宏任务
...

nodejs与浏览器事件循环区别

事件循环的大概模式相同
宏任务有优先级区分
process.nextTick 在微任务的优先级更高

但是，process.nextTick 在最新版 nodejs 中不被推荐使用，推荐使用 setImmediate。原因在于 process.nextTick 是在当前帧介绍后立即执行，会阻断IO并且有最大数量限制（递归时会有问题），而 setImmediate 不会阻断 IO ，更像是 setTimeout(fun, 0)。

浏览器中的Event Loop#

Javascript 有一个 main thread 主线程和 call-stack 调用栈(执行栈)，所有的任务都会被放到调用栈等待主线程执行。

同步任务和异步任务#

Javascript单线程任务被分为同步任务和异步任务，同步任务会在调用栈中按照顺序等待主线程依次执行，异步任务会在异步任务有了结果后，将注册的回调函数放入任务队列中等待主线程空闲的时候（调用栈被清空），被读取到栈内等待主线程的执行。

Heap(堆)，动态分配的内存，大小不定也不会自动释放，存放引用类型，指那些可能由多个值构成的对象，保存在堆内存中，包含引用类型的变量，实际上保存的不是变量本身，而是指向该对象的指针。可以简单理解为存储代码块。

stack(栈)采用的是后进先出的规则，当函数执行的时候，会被添加到栈的顶部，当执行栈执行完成后，就会从栈顶移出，直到栈内被清空。同时存储基本类型值。

Queue(任务队列)可以叫做任务队列或异步队列，任务队列里存放各种异步操作所注册的回调，里面分为两种任务类型，宏任务(macroTask)和微任务(microTask)。

MacroTask与MicroTask#

在JavaScript中，任务被分为两种，一种宏任务（MacroTask）也叫Task，一种叫微任务（MicroTask）。

MacroTask（宏任务）#

script全部代码、setTimeout、setInterval、setImmediate（浏览器暂时不支持，只有IE10支持，具体可见MDN）、I/O、UI Rendering。

MicroTask（微任务）#

Process.nextTick（Node独有）、Promise、Object.observe(废弃)、MutationObserver（具体使用方式查看这里）

案例解析#

Copy
console.log('script start')

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

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

async1()

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

new Promise(resolve => {
  console.log('Promise')
  resolve()
})
.then(function() {
    console.log('promise1')
})
.then(function() {
    console.log('promise2')
})

console.log('script end')

详细过程：

73以下版本#

首先，打印script start，调用async1()时，返回一个Promise，所以打印出来async2 end。
每个 await，会新产生一个promise,但这个过程本身是异步的，所以该await后面不会立即调用。
继续执行同步代码，打印Promise和script end，将then函数放入微任务队列中等待执行。
同步执行完成之后，检查微任务队列是否为null，然后按照先入先出规则，依次执行。
然后先执行打印promise1,此时then的回调函数返回undefinde，此时又有then的链式调用，又放入微任务队列中，再次打印promise2。
再回到await的位置执行返回的 Promise 的 resolve 函数，这又会把 resolve 丢到微任务队列中，打印async1 end。
当微任务队列为空时，执行宏任务,打印setTimeout。

谷歌（金丝雀73版本）#

如果传递给 await 的值已经是一个 Promise，那么这种优化避免了再次创建 Promise 包装器，在这种情况下，我们从最少三个 microtick 到只有一个 microtick。
引擎不再需要为 await 创造 throwaway Promise - 在绝大部分时间。
现在 promise 指向了同一个 Promise，所以这个步骤什么也不需要做。然后引擎继续像以前一样，创建 throwaway Promise，安排 PromiseReactionJob 在 microtask 队列的下一个 tick 上恢复异步函数，暂停执行该函数，然后返回给调用者。

Async/Await 语法分析#

Copy
async function f() {
  await p
  console.log('ok')
}

简化理解为：

Copy
function f() {
  return RESOLVE(p).then(() => {
    console.log('ok')
  })
}

如果 RESOLVE(p) 对于 p 为 promise 直接返回 p 的话，那么 p的 then 方法就会被马上调用，其回调就立即进入 job 队列。
而如果 RESOLVE(p) 严格按照标准，应该是产生一个新的 promise，尽管该 promise确定会 resolve 为 p，但这个过程本身是异步的，也就是现在进入 job 队列的是新 promise 的 resolve过程，所以该 promise 的 then 不会被立即调用，而要等到当前 job 队列执行到前述 resolve 过程才会被调用，然后其回调（也就是继续 await 之后的语句）才加入 job 队列，所以时序上就晚了。

案例分析#

【面试题】734- 从一道面试题谈谈对 EventLoop 的理解 - 云+社区 - 腾讯云 (tencent.com)

NodeJS的Event Loop#

Node中的Event Loop是基于libuv实现的，而libuv是 Node 的新跨平台抽象层，libuv使用异步，事件驱动的编程方式，核心是提供i/o的事件循环和异步回调。libuv的API包含有时间，非阻塞的网络，异步文件操作，子进程等等。 Event Loop就是在libuv中实现的。

nodejs 事件循环的过程#

执行同步代码
执行 process.nextTick 和微任务（前者优先级更高）
按照顺序执行 6 个类型的宏任务
...

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

`Node`的`Event loop`一共分为6个阶段，每个细节具体如下：#

timers: 执行setTimeout和setInterval中到期的callback。
pending callback: 上一轮循环中少数的callback会放在这一阶段执行。
idle, prepare: 仅在内部使用。
poll: 最重要的阶段，执行pending callback，在适当的情况下回阻塞在这个阶段。
check: 执行setImmediate(setImmediate()是将事件插入到事件队列尾部，主线程和事件队列的函数执行完成之后立即执行setImmediate指定的回调函数)的callback。
close callbacks: 执行close事件的callback，例如socket.on('close'[,fn])或者http.server.on('close, fn)。
《Node 官方讲解 Event Loop》：nodejs.org/zh-cn/docs/…

具体细节如下：#

timers#

执行setTimeout和setInterval中到期的callback，执行这两者回调需要设置一个毫秒数，理论上来说，应该是时间一到就立即执行callback回调，但是由于system的调度可能会延时，达不到预期时间。
以下是官网文档解释的例子：

Copy
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
  }
});

当进入事件循环时，它有一个空队列（fs.readFile()尚未完成），因此定时器将等待剩余毫秒数，当到达95ms时，fs.readFile()完成读取文件并且其完成需要10毫秒的回调被添加到轮询队列并执行。
当回调结束时，队列中不再有回调，因此事件循环将看到已达到最快定时器的阈值，然后回到timers阶段以执行定时器的回调。

在此示例中，您将看到正在调度的计时器与正在执行的回调之间的总延迟将为105毫秒。

以下是我测试时间：

pending callbacks#

此阶段执行某些系统操作（例如TCP错误类型）的回调。例如，如果TCP socket ECONNREFUSED在尝试connect时receives，则某些* nix系统希望等待报告错误。这将在pending callbacks阶段执行。

poll#

该poll阶段有两个主要功能：

执行I/O回调。
处理轮询队列中的事件。

当事件循环进入poll阶段并且在timers中没有可以执行定时器时，将发生以下两种情况之一

如果poll队列不为空，则事件循环将遍历其同步执行它们的callback队列，直到队列为空，或者达到system-dependent（系统相关限制）。

如果poll队列为空，则会发生以下两种情况之一

如果有setImmediate()回调需要执行，则会立即停止执行poll阶段并进入执行check阶段以执行回调。
如果没有setImmediate()回到需要执行，poll阶段将等待callback被添加到队列中，然后立即执行。

当然设定了 timer 的话且 poll 队列为空，则会判断是否有 timer 超时，如果有的话会回到 timer 阶段执行回调。

check#

此阶段允许人员在poll阶段完成后立即执行回调。
如果poll阶段闲置并且script已排队setImmediate()，则事件循环到达check阶段执行而不是继续等待。

setImmediate()实际上是一个特殊的计时器，它在事件循环的一个单独阶段运行。它使用libuv API来调度在poll阶段完成后执行的回调。

通常，当代码被执行时，事件循环最终将达到poll阶段，它将等待传入连接，请求等。
但是，如果已经调度了回调setImmediate()，并且轮询阶段变为空闲，则它将结束并且到达check阶段，而不是等待poll事件。

Copy
console.log('start')
setTimeout(() => {
  console.log('timer1')
  Promise.resolve().then(function() {
    console.log('promise1')
  })
}, 0)
setTimeout(() => {
  console.log('timer2')
  Promise.resolve().then(function() {
    console.log('promise2')
  })
}, 0)
Promise.resolve().then(function() {
  console.log('promise3')
})
console.log('end')

如果node版本为v11.x，其结果与浏览器一致。

Copy
start
end
promise3
timer1
promise1
timer2
promise2

具体详情可以查看《又被node的eventloop坑了，这次是node的锅》。

如果v10版本上述结果存在两种情况：

如果time2定时器已经在执行队列中了

Copy
start
end
promise3
timer1
timer2
promise1
promise2

如果time2定时器没有在执行对列中，执行结果为

Copy
start
end
promise3
timer1
promise1
timer2
promise2

具体情况可以参考poll阶段的两种情况。

从下图可能更好理解：

setImmediate() 的setTimeout()的区别#

setImmediate和setTimeout()是相似的，但根据它们被调用的时间以不同的方式表现。

setImmediate()设计用于在当前poll阶段完成后check阶段执行脚本。
setTimeout() 安排在经过最小（ms）后运行的脚本，在timers阶段执行。

举个例子#

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

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

执行定时器的顺序将根据调用它们的上下文而有所不同。如果从主模块中调用两者，那么时间将受到进程性能的限制。

其结果也不一致

如果在I / O周期内移动两个调用，则始终首先执行立即回调：

Copy
const fs = require('fs');

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

其结果可以确定一定是immediate => timeout。
主要原因是在I/O阶段读取文件后，事件循环会先进入poll阶段，发现有setImmediate需要执行，会立即进入check阶段执行setImmediate的回调。

然后再进入timers阶段，执行setTimeout，打印timeout。

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

Process.nextTick()#

process.nextTick()虽然它是异步API的一部分，但未在图中显示。这是因为process.nextTick()从技术上讲，它不是事件循环的一部分。

process.nextTick()方法将 callback 添加到next tick队列。一旦当前事件轮询队列的任务全部完成，在next tick队列中的所有callbacks会被依次调用。

换种理解方式：

当每个阶段完成后，如果存在 nextTick 队列，就会清空队列中的所有回调函数，并且优先于其他 microtask 执行。

例子#

Copy
let bar;

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

setImmediate(() => {
  console.log('setImmediate');
})
function someAsyncApiCall(callback) {
  process.nextTick(callback);
}

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

bar = 1;

在NodeV10中上述代码执行可能有两种答案，一种为：

Copy
bar 1
setTimeout
setImmediate

另一种为：

Copy
bar 1
setImmediate
setTimeout

无论哪种，始终都是先执行process.nextTick(callback)，打印bar 1。

参考链接#

https://juejin.cn/post/6844903764202094606

posted @ 2021-10-01 20:00 Scok 阅读(277) 评论(0) 编辑收藏举报

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nodejs 事件循环的过程#

`Node`的`Event loop`一共分为6个阶段，每个细节具体如下：#

具体细节如下：#

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