Event Loop In NodeJS

使用node.js已经有一段时间了，平时虽然对NODE.JS EVENT LOOP有一定的了解，但没有系统性的总结过。今天我们简单聊一聊。

NodeJS Syetem

讲EVENT LOOP之前，我们先聊一聊Node系统结构，如下图：

The NodeJS System

V8

V8引擎官方给出的简介是

V8 is Google’s open source high-performance JavaScript and WebAssembly engine, written in C++. It is used in Chrome and in Node.js, among others.

V8 主要是用来提供javascript运行环境，并且使其能够调用C++代码上下文。

V8 enables any C++ application to expose its own objects and functions to JavaScript code. It’s up to you to decide on the objects and functions you would like to expose to JavaScript.

C++与JS的不可以直接调用，一般是需要在编译后进行调用。
具体的底层原理本文不会过多讲解，大家可以参考源码 https://github.com/nodejs/node/blob/master/src/node_main.cc

NODE.JS BINDINGS

nodejs bindings会帮我们bind一些用C++写好的插件、模块，如发请求、读文件之类的功能。让V8可以调用这些模块。源码可以参考 https://github.com/nodejs/node/blob/master/src/node.cc

LIBUV

LIBUV提供了多种异步I/O库，并负责分配线程给不同的I/O。NodeJS运行在单线程上，同一时间只会发生一个事件(Event)，在执行层面并不能并行执行代码，但并不意味着Node.js无法操纵线程，LIBUV会通过Event Loop分配线程给不同的I/O。如下图:

Event Loop

EVENT LOOP

我们试着从这样一个顺序去理解nodeJS如何处理event

我们向Node.js Web Server 发送了一个请求
Node.js Web Server在内部维护一个线程池，这个线程池用于处理单线程中收到的request。(Node.js是运行在单线程上的)
Node.js Web Server收到请求并把他们放入事件队列中(Event Queue), 遵照 FIFO的顺序
Event Loop 所有在Event Queue中的events
如果Event Queue为空，Event Loop会一直等待有新的事件被添加到Event Queue
如果Event Queue不为空，Event Loop会选择其中一个开始执行
1. 开始处理该eventA
2. 如果该eventA没有任何阻塞操作，则处理并返回
3. 如果该eventA有一些阻塞操作，比如setTimeout文件存取、数据库交互、网络请求等，这时候会去检查线程池是否有空闲的线程可用
4. 选取可用线程A并分配给eventA
5. 线程A负责处理EventA，执行阻塞操作，将callback传递给callback队列
6. 回调队列保存是异步操作在后台完成时的回调函数的队列。NodeJS负责将callback func添加到callback queue, Event Loop确定在每次迭代时接下来将执行的回调函数。
7. Event Loop持续运行并检查Event Queue中是否有要执行的Event。如果没有，那么它会检查Callback Queue，如果Callback Queue中有callback func要执行，那么它会将callback Func从Callback Queue pop到Events Queue以供执行。
执行结束返回response

这样大家应该会对node.js中事件处理有一个比较笼统的认识。那么event loop针对不同类型的阻塞event如何确定优先级呢？

Event Loop Rules

Event loop 可以理解为一个无限循环的分阶段去check callback queue，每个阶段都可以看做是一个FIFO的callback queue

timers:执行计时器函数，由于计时器方法可以指定时间，只有到时间后才会执行，没到时间会跳过不执行
pending callback: 执行上一轮的pending callback. 有些callback执行时间过长，会在这一步检查之前阶段pending状态的callback
Idle, prepare: 仅供LIBUV内部使用
poll: 轮询等待I/O处理完毕的返回值，不会无限等待，event loop针对不同的平台提供了最大轮训时间，大量的I/O操作可能会让event loop运行缓慢
check: 执行setImmediate中定义的回调
Close: 执行close的相关事件

MACROTASK & MICROTASK

宏任务(macrotask)

script (可以理解为外层同步代码)

setTimeout/setInterval

UI rendering/UI事件

postMessage，MessageChannel

setImmediate，I/O（Node.js）

微任务(microtask)

process.nextTick

Promise

MutaionObserver

JS process queue

在执行顺序上，

同步代码script肯定会最先执行, 宏任务执行完毕
检查所有微任务队列，执行微任务
1. Process.nextTick
2. Promise
微任务执行完毕，开始执行下一轮宏任务

所有的异步方法都会在执行完第一轮微任务后的第二次event loop中添加到宏任务队列中

TEST

setTimeout(() => {
  console.log(1)
  setImmediate(() => {
    console.log(3)
  })
})
setImmediate(() => {
  console.log(4)
  setImmediate(() => {
    console.log(5)
  })
})
new Promise((resolve) => {
  console.log(6)
  resolve()
}).then(() => {
  console.log(7)
})
process.nextTick(() => {
  console.log(8)
  process.nextTick(() => {
    console.log(9)
    process.nextTick(() => {
      console.log(10)
    })
  })
})

执行试试吧，看看是否和大家想的一样。

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Zerong Ma