NodeJS 中的事件循环,读了这篇就全懂了

事件循环是 NodeJS 处理非阻塞 I/O 操作的和核心机制。NodeJS 的事件循环脱胎于 的事件循环,因此,要搞清楚 NodeJS 的事件循环,还需要先了解 libuv 的事件循环是如何工作的。

libuv 的事件循环

我们先来了解两个基本概念:句柄(handle)和请求(request).

句柄是指在整个事件循环活跃时间内能够执行某些操作的长期对象。比如一个 TCP 服务句柄,每当有新的联接建立时,这个句柄的 connected 回调就会被调用。

请求是通常指短期操作。比如向某个句柄中写入数据的操作。

了解了这两个概念以后,我们来看看 libuv 的事件循环是如何工作的。

下面这张图可以清楚的展示事件循环的执行过程:

libuv 的事件循环

结合这张图我们简单描述一下一次循环过程中各个步骤做了什么。

首先更新循环内的当前时间(now),避免在循环过程中多次发生与时间相关的系统调用。

检查当前事件循环是否还是活跃(active)的。检查的表示是当前事件循环是否还有活跃的句柄、活跃的请求操作,或者还有“关闭”回调的话,就视为是活跃的。如果判断当前循环不是活跃的,则直接退出。

执行所有的到期回调。即所有的到期时间在循环当前时间之前的回调都会被执行。

执行所有的挂起回调(pending callbacks)。所谓挂起回调,就是在上一个循环周期中设置的到下一循环周期在执行的回调。

执行空闲句柄回调(idle handle callbacks)。虽然名字中包含空闲二字,实际上每个循环周期都会执行。

执行准备句柄回调(prepare handle callbacks)。

在这一步会暂停循环,轮询等待 I/O 事件一段时间。这个时间长度是根据一个算法算出,这里不做详细说明。在轮询期间,所有 I/O 相关的回调会被执行(前提是系统通知到 libuv)。

执行检查句柄回调(check handle callbacks)。检查句柄回调往往与准备句柄回调相对应。这两个回调可以方便我们在 I/O 之前做一些准备工作,然后在 I/O 之后做相应的检查。

执行关闭回调(close callbacks)。比如通过 uv_close() 设置的回调。

整个事件循环就是 1 - 9 的循环执行。

值得说明的是,libuv 会在轮询阶段中断事件循环,等待系统通知。比如某个文件 I/O 已经完成,或者接收到一个网络连接等。在接收到系统通知后,事件循环会调用相关的回调执行操作。

不同的平台(windows\linux 等),异步 I/O 的机制不同,libuv 底层会根据不同平台,采用不同的 I/O 轮询机制,比如 epoll(linux)、kqueue(OSX)、IOCP(windows)等,上层不需要关注异步 I/O 的实现机制。

NodeJS 的事件循环

现在我们来看 NodeJS 的事件循环。同样,我们放一张 NodeJS 事件循环的过程图。

NodeJS 的事件循环

在 NodeJS 中,事件循环的每一步成为一个阶段,每个阶段都有一个 FIFO 队列来执行回调。通常情况下,当事件循环进入给定的阶段时,它将执行特定于该阶段的任何操作,然后执行该阶段队列中的回调,直到队列清空或达到最大回调数限制。当队列清空或者达到最大限制,事件循环进入下一阶段。

对比两个事件循环的图,我们可以看到,具体过程基本相同。因此,NodeJS 的事件循环过程我们简述如下:

定时器阶段,执行已经被 setTimeout() 和 setInterval() 调度的回调函数。

挂起的回调,执行(在上一个循环中被设置)延迟到下一个循环迭代的 I/O 回调。

idle, prepare 阶段,仅 NodeJS 系统内部使用。

轮询阶段,检索新的 I/O 事件,执行与 I/O 相关的回调。与 libuv 一样,NodeJS 还在这个阶段暂停循环一段时间。

检测阶段,执行被 setImmediate() 调度的回调函数。

关闭的回调函数,执行一些关闭的回调函数,如:socket.on('close', ...)。

我们对轮询阶段做个详细说明。

轮询阶段有两个重要的功能:

计算应该阻塞和轮询 I/O 的时间。

处理轮询队列里的事件。

一旦事件循环进入轮询阶段并且没有到期的定时器回调时,事件循环将做如下判断:

如果轮询队列不是空的,那么事件循环将循环访问回调队列并同步执行它们,直到清空队列,或者达到了最大限制。

如果轮询队列是空的,则再做如下判断:

如果有代码是被 setImmediate() 调度的,那么事件循环将结束轮询阶段,并到检查阶段以执行那些被调度的代码。

如果没有代码被 setImmediate() 调度,那么事件循环将等待回调被添加到队列中,然后立即执行。

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