Node的事件循环

作者: 励志摆脱懒癌的少女酱 | 来源:发表于2018-07-26 12:47 被阅读43次

node 事件
node 事件循环
Node事件循环
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Node事件循环
Node事件循环
学习 nodejs I /O 交互
node.js的事件循环
Node的事件循环

1.同步任务与异步任务
（1）同步任务：在主线程上排队执行的任务，只有前一个任务执行完毕，才能执行下一个任务；
（2）异步任务：不进入主线程而是进入任务队列的任务，只有等主线程的任务执行完毕后，任务队列开始通知主线程，请求将异步任务进入到主线程执行；

2.浏览器环境与node环境的事件循环机制
（1）浏览器环境：在HTML5中定义的规范；
js执行为单线程（不考虑web worker），所有代码皆在执行线程调用栈完成执行；当执行线程任务清空后才会去轮询取任务队列中任务。

任务队列
浏览器对不同的异步操作，将其添加到任务队列的时机也不同—由浏览器内核的webcore来执行，其包含3种webAPI：
- DOM Binding：处理DOM绑定事件，若绑定事件触发时，回调函数立即被webcore添加到任务队列中；
- network：处理ajax请求，在网络请求返回时，才将对应的回调函数添加到队列中；
- timer：对setTimeout等计时器进行延时处理，当时间到达时才会将回调函数添加到任务队列中；
异步任务类别及执行顺序
- macrotask(宏任务—task)：script中代码、setTimeout、setInterval、I/O、UI render。
- microtask(微任务): promise、Object.observe、MutationObserver。
  
  浏览器异步任务执行顺序
  - 具体过程
    （1）执行完主执行线程中的任务(初始执行线程中没有代码，每一个script标签中的代码是一个独立的macrotask)。
    （2）取出Microtask Queue中任务执行直到清空(若microtask一直被添加，则会继续执行microtask，卡死macrotask)。
    （3）取出Macrotask Queue中一个任务执行。
    （4）取出Microtask Queue中任务执行直到清空。
    （5）重复（3）和（4）

（2）node环境：由libuv库实现；
node基于事件循环实现非阻塞和事件驱动，其事件循环按阶段执行；

Node中的事件循环阶段：每个阶段都有对应的任务队列，一次tick就是完成所有阶段的一次执行

阶段详情
（1）timers(定时器阶段)：处理setTimeout()和setInterval()设定的回调函数队列；
```
 一个timer事件指定一个下限时间而不是准确的时间，在达到这个下限时间后+主线程空闲时，执行该事件对应的回调函数，从技术上来说，poll阶段控制timers什么时候执行，而执行的具体位置在timers(poll阶段会控制是否进入下个timers阶段)；
```
（2）I/O callbacks阶段：执行一些系统操作的回调(比如网络通信的错误回调)；

（3）idle、prepare：仅供libuv内部调用；

（4）poll(轮询阶段): 等待还未返回的I/O事件，任何异步方法(除timers、setImmediate、close外)完成时，都会将其加到poll queue里，并立即执行；
- 主要功能：
  
  （i）处理poll队列里的事件；
  （ii）执行下限时间已经达到的timers的回调(进入下一个事件循环) ；
- 当事件循环进入poll阶段：
  （i）poll队列不为空的时候，事件循环肯定是先遍历队列并同步执行回调，直到队列清空或执行回调数达到系统上限。
  （ii）poll队列为空的时候，这里有两种情况。
  1）如果代码已经被setImmediate()设定了回调，那么事件循环直接结束poll阶段进入check阶段来执行check队列里的回调。
  2）如果代码没有被设定setImmediate()设定回调：
  * 如果有被设定的timers，那么此时事件循环会检查timers，如果有一个或多个timers下限时间已经到达，那么事件循环将绕回timers阶段，并执行timers的有效回调队列（进入下一个事件循环阶段了）。
  * 如果没有被设定timers，这个时候事件循环是阻塞在poll阶段等待回调被加入poll队列。
（5）check阶段：执行setImmediate()设定的回调；
* setImmediate()实际上是一个特殊的timer，跑在事件循环中的一个独立的阶段；它使用libuv的API来设定在：
* poll阶段结束后立即执行回调；
* poll阶段空闲时，不让阻塞在poll阶段直接跳到check阶段执行回调。

（6）close callbacks阶段：如果一个socket或handle被突然关掉（比如socket.destroy()），close事件将在这个阶段被触发，否则将通过process.nextTick()触发。
任务队列类型
原生的libuv事件循环处理的队列有4种主要类型：
（1）Timers Queue；
（2）I/O Queue；
（3）Check Queue；
（4）Close Queue；
中间队列有2种：
（1）Next tick队列：process.nextTick()
（2）Other Microtasks：包括其他 microtask，如 resolved promise回调；
** Next tick队列比Other Microtasks队列具有更高的优先级**；不过，它们都在事件循环的两个阶段之间进行处理，也就是在结束一个阶段后libuv通信回传到上层；

注：NodeJS中不同类型的事件在自己的队列中排队；中间队列是只要一个阶段完成，事件循环就会检查这两个中间队列是否有可执行的任务，若有则立即处理它们直到为空，一旦为空，事件循环将继续到下一个阶段。

一次tick的流程
- 具体过程
  （1）清空当前循环内的Timers Queue，清空NextTick Queue，清空Microtask Queue。
  （2）清空当前循环内的I/O Queue，清空NextTick Queue，清空Microtask Queue。
  （3）清空当前循环内的Check Queu，清空NextTick Queue，清空Microtask Queue。
  （4）清空当前循环内的Close Queu，清空NextTick Queue，清空Microtask Queue。
  （5）进入下轮循环(tick)；

4.代码

function sleep(time) {
  let startTime = new Date()
  while (new Date() - startTime < time) {}
  console.log('1s over')
}
setTimeout(() => {
  console.log('setTimeout - 1')
  setTimeout(() => {
      console.log('setTimeout - 1 - 1')
      sleep(1000)
  })
  new Promise(resolve => resolve()).then(() => {
      console.log('setTimeout - 1 - then')
      new Promise(resolve => resolve()).then(() => {
          console.log('setTimeout - 1 - then - then')
      })
  })
  sleep(1000)
})

setTimeout(() => {
  console.log('setTimeout - 2')
  setTimeout(() => {
      console.log('setTimeout - 2 - 1')
      sleep(1000)
  })
  new Promise(resolve => resolve()).then(() => {
      console.log('setTimeout - 2 - then')
      new Promise(resolve => resolve()).then(() => {
          console.log('setTimeout - 2 - then - then')
      })
  })
  sleep(1000)
})

浏览器输出

node输出

6.Node的异步I/O模型
（1）基本要素：事件循环、观察者、请求对象、IO线程池；

事件循环：典型的生产者/消费者模型；
- 事件的产生：网络请求、文件IO等操作；
- 事件的消费：主线程空闲时从观察者那儿取出事件并处理其回调；

观察者：在每个Tick的过程中，通过观察者判断是否有事件需要处理；

  小剧场：
  * 主线程：饭馆的厨房；
  * 观察者：收银台的小妹；
  * 事件及回调函数：客人的点单；
  * 剧情：厨房一轮一轮炒菜，但是具体要炒什么菜取决于收银台收到的客人的下单。

请求对象：从js发起回调到内核执行完IO操作的过渡过程中的中间产物；

  以fs.open(path,flags,[mode],callback)打开某个文件为例：从js调用Node的核心模块->核心模块调用C++内建模块->内建模块调用libuv进行系统调用：uv_fs_open()：
  （1）创建一个FSReqWrap请求对象：封装js层传入的参数和open()方法，将回调函数设置到该对象的oncomplete_sym属性上;
  （2）将这个请求对象推入线程池中等待执行：当线程池有可用线程时，调用相应的底层函数：fs_open()；
   js调用完后立即返回，js线程可以继续执行当前任务的后续操作，当前的I/O操作在线程池中等待操作，不影响js线程。

fs.open()流程图

执行回调：以windows平台为例
- 线程池中的I/O操作调用完后，会将获取的结果存储到req->result属性上，调用PostQueuedCompletionStatus()向IOCP(IO完成端口)提交执行状态，告知当前对象操作已经完成，并将线程归还线程池；
- I/O观察者在每次Tick的执行中，调用GetQueuedCompletionStatus()检查线程池是否有执行完的请求，若存在，将请求对象加入到I/O观察者队列中，然后将其当作事件处理：取出请求对象的result属性做参数，取出oncomplete_sym属性做方法，然后调用执行。