Nodejs事件迴圈小記

戡玉發表於2024-08-09
NodeJS事件

執行原理

  • 當 Node.js 啟動時，會先初始化 Event Loop，然後執行提供的輸入指令碼（主模組同步程式碼），過程中可能會產生非同步 API 呼叫、定時器或呼叫 process.nextTick()，然後開始處理事件迴圈。

  • Node.js 的 Event Loop 分為 6 個階段，會按照順序反覆執行，每當進入某一個階段的時候，都會從對應的回撥佇列中取出函式去執行。

  • 每執行完一個階段的回撥佇列，就會去執行 process.nextTick 和 Promise 2個微任務佇列，然後進入下一個階段，這就是 Node.js Event Loop 的過程。

  • 其中，process.nextTick 優先順序高於 Promise，但是如果當前執行的是 Promise，那麼如果執行過程中產生了 process.nextTick 和 Promise，那麼後續的 Promise 會先於 process.nextTick 執行，直到 Promise 微任務佇列清空。

階段概述

  • 定時器：此階段執行由 setTimeout() 和 setInterval() 安排的回撥。

  • 待處理回撥：執行被推遲到下一次迴圈迭代的 I/O 回撥。

  • 空閒，準備：僅在內部使用。

  • 輪詢：檢索新的 I/O 事件，執行 I/O 相關回撥（幾乎是除了關閉回撥、由定時器回撥和 setImmediate 回撥的所有回撥）。

  • 檢查：setImmediate() 回撥在此處呼叫。

  • 關閉回撥：一些關閉回撥，例如 socket.on('close', ...)。

需要關注的主要是定時器、輪詢、檢查和關閉回撥，重點是輪詢。

  • 當沒有任何 I/O 任務時，事件迴圈會在輪詢階段等待，進入休眠期，直到新的 I/O 任務插入為止。

  • 當存在 I/O 任務時，Event Loop 會在清空輪詢佇列後，檢查 setImmediate佇列 和 到期定時器，如果存在，就會結束當前輪詢階段，進入下一個階段，最終執行它們。

相關 API

// 檢查階段執行的非同步函式
setImmediate()

// 當前 Event Loop 階段執行完畢後，下個 Event Loop 階段執行之前執行的非同步函式
// 從技術實現上來說，它不是事件迴圈的一部分
process.nextTick()

// V8 引擎語言層面實現的一種微任務函式，也不是事件迴圈的一部分
Promise

setImmediate() 與 setTimeout()

兩者的執行順序，根據呼叫它們的上下文而有所不同。

情況1：不存在全域性同步程式碼，直接在主模組執行時

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

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

// 執行順序不固定
// 原因：受到程序效能的約束（這可能會受到機器上執行的其他應用的影響）

情況2：存在全域性同步程式碼，直接在主模組執行時

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

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

console.log('start');

// start -> timeout -> immediate
// 原因：先執行同步程式碼（2個非同步函式已被加入各自佇列），再開始 Event Loop，定時器階段先於檢查階段，因此結果如上

情況3：.mjs程式碼，不存在全域性同步程式碼，直接在主模組執行時

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

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

// immediate -> timeout
// .mjs 本質上是一個 async 函式，因此實際程式碼等於：

async function main() {}
main().then(() => {
  setTimeout(() => {
    console.log('timeout');
  }, 0);

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

// 原因：
// 1. 先執行同步程式碼 main()，再開始 Event Loop。
// 2. 第一輪迴圈中，定時器階段檢查，未發現佇列中有回撥函式，然後執行微任務 then 回撥。
// 3. 微任務回撥執行過程中，將 setTimeout 和 setImmediate 加入各自佇列。
// 4. 然後，第一輪迴圈繼續進行，終於達到了檢查階段，發現了檢查佇列中存在 setImmediate，執行。
// 5. 最後，第一輪迴圈執行完畢，開始第二輪迴圈，定時器階段檢查，發現了上輪加入的 setTimeout，執行

情況4：.mjs程式碼，存在全域性同步程式碼，直接在主模組執行時

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

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

console.log('start');

// start -> immediate-> timeout
// .mjs 本質上是一個 async 函式，因此實際程式碼等於：

async function main() {
  console.log('start');
}
main().then(() => {
  setTimeout(() => {
    console.log('timeout');
  }, 0);

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

情況5：執行 I/O 任務，在 I/O 回撥中加入

// test.js 或 test.mjs
// 帶全域性程式碼 或 不帶全域性程式碼
const fs = require('node:fs');
fs.readFile(__filename, () => {
  setTimeout(() => {
    console.log('timeout');
  }, 0);
  setImmediate(() => {
    console.log('immediate');
  });
});

// immediate -> timeout
// 原因：因為 I/O 回撥時，肯定處於輪詢階段，那麼下一個階段一定是檢查階段，所以，一定是 setImmediate 先執行。

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