JavaScript 和 Node.js 中事件循环

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1.JavaScript中事件循环

可以参考《JavaScript忍者秘籍第二版》第十三章,讲解的很好。

JavaScript中事件循环,主要就在理解宏任务和微任务这两种异步任务。

宏任务(macrotask)setTimeOutsetIntervalsetImmediateI/O各种callbackUI渲染messageChannel

优先级:主代码块 > setImmediate > postMessage > setTimeOut/setInterval

微任务(microtask)process.nextTickPromiseMutationObserverasync(实质上也是promise)

优先级:process.nextTick > Promise > MutationOberser

执行分区:

我们常常把 EventLoop 中分为 内存执行栈WebApi异步回调队列(包括微任务队列和宏任务队列)

JavaScript 和 Node.js 中事件循环

事件处理过程(关于macrotask和microtask的理解):

JavaScript 和 Node.js 中事件循环

参考资料:
https://github.com/HXWfromDJTU/blog/blob/master/JS/eventloop.md
http://www.ruanyifeng.com/blog/2014/10/event-loop.html
http://lynnelv.github.io/js-event-loop-browser

2.Nodejs中事件循环

Node.js也是单线程的Event Loop,但是它的运行机制不同于浏览器环境。

JavaScript 和 Node.js 中事件循环
我们先看一段代码:

setTimeout(()=>{
    console.log('timer1')

    Promise.resolve().then(function() {
        console.log('promise1')
    })
}, 0)

setTimeout(()=>{
    console.log('timer2')

    Promise.resolve().then(function() {
        console.log('promise2')
    })
}, 0)

//浏览器输出结果
timer1
promise1
timer2
promise2

//Node输出结果
timer1
timer2
promise1
promise2 

Node.js的事件循环

Node.js采用V8作为js的解析引擎,而I/O处理方面使用了自己设计的libuv,libuv是一个基于事件驱动的跨平台抽象层,封装了不同操作系统一些底层特性,对外提供统一的API,事件循环机制也是它里面的实现。

根据Node.js官方介绍,每次事件循环都包含了6个阶段,对应到 libuv 源码中的实现,如下图所示:

JavaScript 和 Node.js 中事件循环

  1. timers 阶段:这个阶段执行timer(setTimeout、setInterval)的回调
  2. I/O callbacks 阶段:执行一些系统调用错误,比如网络通信的错误回调
  3. idle, prepare 阶段:仅node内部使用
  4. poll 阶段:获取新的I/O事件, 适当的条件下node将阻塞在这里
  5. check 阶段:执行 setImmediate() 的回调
  6. close callbacks 阶段:执行 socket 的 close 事件回调

我们重点看timers、poll、check这3个阶段就好,因为日常开发中的绝大部分异步任务都是在这3个阶段处理的。

timers 阶段

timers 是事件循环的第一个阶段,Node 会去检查有无已过期的timer,如果有则把它的回调压入timer的任务队列中等待执行,事实上,Node 并不能保证timer在预设时间到了就会立即执行,因为Node对timer的过期检查不一定靠谱,它会受机器上其它运行程序影响,或者那个时间点主线程不空闲。比如下面的代码,setTimeout() 和 setImmediate() 的执行顺序是不确定的。

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

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

但是把它们放到一个I/O回调里面,就一定是 setImmediate() 先执行,因为poll阶段后面就是check阶段。

poll 阶段

poll 阶段主要有2个功能:
1.处理 poll 队列的事件
2.当有已超时的 timer,执行它的回调函数

even loop将同步执行poll队列里的回调,直到队列为空或执行的回调达到系统上限(上限具体多少未详),接下来even loop会去检查有无预设的setImmediate(),分两种情况:

1.若有预设的setImmediate(), event loop将结束poll阶段进入check阶段,并执行check阶段的任务队列
2.若没有预设的setImmediate(),event loop将阻塞在该阶段等待

注意一个细节,没有setImmediate()会导致event loop阻塞在poll阶段,这样之前设置的timer岂不是执行不了了?所以咧,在poll阶段event loop会有一个检查机制,检查timer队列是否为空,如果timer队列非空,event loop就开始下一轮事件循环,即重新进入到timer阶段。

check 阶段

setImmediate()的回调会被加入check队列中, 从event loop的阶段图可以知道,check阶段的执行顺序在poll阶段之后。

小结

1.event loop 的每个阶段都有一个任务队列
2.当 event loop 到达某个阶段时,将执行该阶段的任务队列,直到队列清空或执行的回调达到系统上限后,才会转入下一个阶段
3.当所有阶段被顺序执行一次后,称 event loop 完成了一个 tick

现在,我们再来看Node.js 与浏览器的 Event Loop 差异

回顾上一篇,浏览器环境下,microtask的任务队列是每个macrotask执行完之后执行。

JavaScript 和 Node.js 中事件循环

而在Node.js中,microtask会在事件循环的各个阶段之间执行,也就是一个阶段执行完毕,就会去执行microtask队列的任务。

JavaScript 和 Node.js 中事件循环

process.nextTick() VS setImmediate()

来自官方文档有意思的一句话,从语义角度看,setImmediate() 应该比 process.nextTick() 先执行才对,而事实相反,命名是历史原因也很难再变。

总结

  1. Node.js 的事件循环分为6个阶段
  2. 浏览器和Node 环境下,microtask 任务队列的执行时机不同
    Node.js中,microtask 在事件循环的各个阶段之间执行
    浏览器端,microtask 在事件循环的 macrotask 执行完之后执行
  3. 递归的调用process.nextTick()会导致I/O starving,官方推荐使用setImmediate()

参考文章:
http://lynnelv.github.io/js-event-loop-nodejs
https://nodejs.org/zh-cn/docs/guides/event-loop-timers-and-nexttick/

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