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Node.js 的 Event loop ​

Node.js 事件循环通过六个阶段协调异步操作：定时器阶段处理 setTimeout/setInterval 回调；I/O 回调阶段处理系统级操作；轮询阶段等待新I/O事件并执行对应回调；检查阶段执行 setImmediate 注册任务；关闭回调阶段处理 socket 关闭等清理工作。与浏览器事件循环相比，Node.js 新增了 setImmediate 和 process.nextTick 机制，其中 nextTick 拥有最高优先级在当前阶段末尾立即执行，这种分层调度机制使 Node.js 能够高效处理高并发 I/O 操作。

官网链接：Node.js — The Node.js Event Loop (nodejs.org)

作用 ​

简单点说，Node.js 中的事件循环起到了协调和管理事件驱动的异步操作的作用，使得 Node.js 能够以高效、高性能的方式处理大量并发请求。

运行机制 ​

Node.js 中的 Event Loop（事件循环）是其运行时环境的核心组成部分，负责处理异步操作、事件和回调函数的执行。

  1. 事件循环启动： 当 Node.js 应用程序启动时，事件循环被初始化并开始运行。事件循环会不断地等待事件发生并处理这些事件。
  2. 处理事件队列： Node.js 中有不同的阶段，事件循环会在这些阶段之间循环迭代。主要的阶段包括：
    • Timers（定时器）阶段：处理定时器的回调函数。
    • I/O callbacks（I/O 回调）阶段：处理一些系统级别的回调函数，比如网络请求、文件操作等的回调。
    • Idle, prepare：这些是一些内部使用的阶段，一般开发者不需要关心。
    • Poll（轮询）阶段：等待新的 I/O 事件，如果没有新的 I/O 事件发生，将会在此阶段等待。
    • Check 阶段：执行 setImmediate() 注册的回调函数。
    • Close callbacks（关闭回调）阶段：执行一些关闭的回调函数，比如关闭 socket 的回调函数。
  3. 执行回调函数： 在每个阶段中，事件循环会检查相应的事件队列是否有待处理的事件或回调函数。如果有，它会按照顺序执行这些回调函数，并将执行结果返回给调用者。
  4. 循环迭代： 事件循环会在以上阶段之间不断迭代，直到没有事件需要处理，并且没有计划的定时器。然后它会进入等待状态，直到有新的事件触发。

Node.js 的 Event Loop 保证了异步操作的顺序执行，并且不会阻塞主线程。这使得 Node.js 能够以高效的方式处理大量并发请求，提高系统的性能和响应速度。

阶段描述
Timers（定时器）阶段处理定时器的回调函数。
I/O callbacks（I/O 回调）阶段处理一些系统级别的回调函数，比如网络请求、文件操作等的回调。
Idle, prepare这些是一些内部使用的阶段，一般开发者不需要关心。
Poll（轮询）阶段等待新的 I/O 事件，如果没有新的 I/O 事件发生，将会在此阶段等待。
Check 阶段执行 setImmediate() 注册的回调函数。
Close callbacks（关闭回调）阶段执行一些关闭的回调函数，比如关闭 socket 的回调函数。

Timers（定时器）阶段 ​

计时器指定阈值，在阈值之后可以执行所提供的回调，而不是人们希望执行它的确切时间。

计时器回调将在指定时间过后尽早运行；但是，操作系统调度或其他回调的运行可能会延迟它们。

从技术上讲，轮询阶段控制定时器何时执行。

I/O callbacks（I/O 回调）阶段 ​

此阶段执行某些系统操作的回调，例如 TCP 错误类型。

例如，如果 TCP 套接字在尝试连接时收到 ECONNREFUSED ，则某些 *nix 系统希望等待报告错误。这将在待处理回调阶段排队执行。

Poll（轮询）阶段 ​

poll阶段有两个主要功能：

  1. 计算应该阻塞和轮询 I/O 的时间
  2. 处理轮询队列中的事件

简单来说：

  • 检查是否有需要立即处理的 I/O 事件
    • 有
      • 迭代轮询队列中的回调函数，并同步执行它们，直到队列为空或达到系统相关的硬限制（比如系统资源不足等）。
    • 没有
      • 检查是否有被 setImmediate() 调度的任务
        • 有
          • 结束轮询阶段并执行这些调度的任务
        • 没有
          • 等待，直到有回调函数被添加到队列中，一旦有回调函数被添加，事件循环会立即执行它们。

Check 阶段 ​

一般情况下，事件循环会进入轮询阶段等待传入的连接、请求等。但是，如果使用了 setImmediate() 并且轮询阶段变为空闲，事件循环将结束并继续执行检查阶段，而不是等待轮询事件。

setImmediate是nodejs特有的api，他可以立即创建一个异步宏任务。nodejs在事件循环中还专门设了一个check时期，在这个时期会专门执行setImmediate的回调。

Close callbacks（关闭回调）阶段 ​

这个时期处理关闭事件，如socket.on('close', ...) 等这样可以确保在一些通讯结束前，所有任务都完成了。

理解NodeJS中的单线程 ​

在 Node.js 中，“单线程”通常是指主 JavaScript 执行线程是单线程的，即 JavaScript代码的执行是单线程的。但是，Node.js 在内部使用了多线程来处理 I/O 操作。

  1. 主 JavaScript 执行线程：Node.js 中的 JavaScript 代码是在单个线程中执行的，也就是说，一个时间点只能有一个 JavaScript 代码块在执行。这就是说 JavaScript 代码无法实现真正的并行执行，因为它们都在同一个线程中。
  2. I/O 操作的多线程处理：Node.js 在内部使用了多线程来处理 I/O 操作，比如文件读写、网络请求等。当进行一个 I/O 操作时，Node.js 会将其委托给底层操作系统或者线程池处理，这样就不会阻塞主 JavaScript 执行线程，从而保证了 JavaScript 代码的执行不会被 I/O 阻塞。

因此，尽管 Node.js 主要的 JavaScript 执行线程是单线程的，但是通过将 I/O 操作委托给其他线程或者线程池处理，Node.js 实现了非阻塞的 I/O 操作，保证了在高并发情况下的高性能表现。

所以，Node.js 是单线程的，这句话指的是 JavaScript 代码的执行是单线程的，而不是整个 Node.js 运行环境是单线程的。

与浏览器中的EventLoop比较 ​

宏任务： ​

任务浏览器Node
I/O✅✅
setTimeout✅✅
setInterval✅✅
setImmediate❌✅
requestAnimationFrame✅❌

微任务： ​

任务浏览器Node
process.nextTick❌✅
MutationObserver✅❌
Promise.then catch finally✅✅

process.nextTick() ​

在Node.js中，process.nextTick()方法允许你在当前事件循环的末尾插入一个任务，它会在当前操作完成后立即执行，但在任何I/O操作（包括定时器）之前执行。这与setTimeout()、setImmediate()以及事件触发器的行为有所不同。

特点描述
优先级高在当前操作完成后立即执行，优先级高于其他异步操作，确保在I/O操作之前立即执行。
避免最大递归深度错误回调函数会在当前调用栈清空之前执行，可用于避免最大递归深度错误，将递归函数分解为一系列调用。
性能开销低性能开销较低，不涉及定时器管理或I/O周期，相对于setTimeout()和setImmediate()更为高效。

使用process.nextTick()能够确保任务在微任务中优先执行，因此在需要高优先级执行的情况下是非常有用的。

setImmediate() 与 setTimeout()比较 ​

setImmediate() 和 setTimeout() 类似，但根据调用时间的不同，其行为方式也不同。

  • setImmediate() 旨在在当前轮询阶段完成后执行脚本。
  • setTimeout() 安排脚本在最小阈值（以毫秒为单位）过去后运行。

小测试 ​

js
const http = require('http');

const hostname = '127.0.0.1';
const port = 3000;
const server = http.createServer((req, res) => {
    testEventLoop()
});
server.listen(port, hostname, () => {
    console.log(`Server running at http://${hostname}:${port}/`);
});

function testEventLoop() {
    console.log('=============')

    // Timer
    setTimeout(() => {
        console.log('Timer phase')
        process.nextTick(() => {
            console.log('Timer phase - nextTick')
        })
        Promise.resolve().then(() => {
            console.log('Timer phase - promise')
        })
    });

    // Check
    setImmediate(() => {
        console.log('Check phase')
        process.nextTick(() => {
            console.log('Check phase - nextTick')
        })
        Promise.resolve().then(() => {
            console.log('Check phase - promise')
        })
    })

    // Poll
    console.log('Poll phase');
    process.nextTick(() => {
        console.log('Poll phase - nextTick')
    })
    Promise.resolve().then(() => {
        console.log('Poll phase - promise')
    })
}

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