理解 Node.js 的 Event loop

释放双眼,带上耳机,听听看~!

问题

考察如下代码,脑回路中运行并输出结果:

console.log(\"1\");

setTimeout(function setTimeout1() {
  console.log(\"2\");
  process.nextTick(function nextTick1() {
    console.log(\"3\");
  });
  new Promise(function promise1(resolve) {
    console.log(\"4\");
    resolve();
  }).then(function promiseThen1() {
    console.log(\"5\");
  });
  setImmediate(function immediate1() {
    console.log(\"immediate\");
  });
});

process.nextTick(function nextTick2() {
  console.log(\"6\");
});

function bar() {
  console.log(\"bar\");
}

async function foo() {
  console.log(\"async start\");
  await bar();
  console.log(\"async end\");
}

foo();

new Promise(function promise2(resolve) {
  console.log(\"7\");
  resolve();
}).then(function promiseThen2() {
  console.log(\"8\");
});

setTimeout(function setTimeout2() {
  console.log(\"9\");
  
  new Promise(function promise3(resolve) {
    console.log(\"11\");
    resolve();
  }).then(function promiseThen3() {
    console.log(\"12\");
  });

  process.nextTick(function nextTick3() {
    console.log(\"10\");
  });
});

JS 事件循环

JS 是单线程,朴素地讲,同时只能完成一件事件。如果有耗时的任务,那后续的所有任务都要等待其完成才能执行。

为了避免这种阻塞,引入了事件循环。即,将代码的执行分成一个个很小的阶段(一次循环),每个阶段重复相应的事情,直到所有任务都完成。

一个阶段包含以下部分:

  • Timers:到期的定时器任务,setTimeoutsetInterval 等注册的任务。
  • IO Callbacks:IO 操作,比如网络请求,文件读写。
  • IO Polling:IO 任务的注册
  • Set Immediate:通过 setImmediate 注册的任务
  • Close:close 事件的回调,比如 TCP 的断开。

Ticks and Phases of the Node.js Event Loop 图片来自 Daniel Khan 的 Medium 博客,见文末

同步代码及上面每个环节结束时都会清空一遍微任务队列,记住这点很重要!

代码执行流程

执行的流程是,

  • 将代码顺序执行。
  • 遇到异步任务,将任务压入待执行队列后继续往下。
  • 完成同步代码后,检查是否有微任务(通过 Promiseprocess.nextTickasync/await 等注册),如果有,则清空。
  • 清空微任务队列后,从待执行队列中取出最先压入的任务顺序执行,重复步骤一。

另,

  • async/await 本质上是 Promise,所以其表现会和 Promise 一致。
  • process.nextTick 注册的回调优先级高于定时器。
  • setImmediate 可看成 Node 版本的 setTimeout,所以可与后者同等对待。

示例代码分析

Round 1

  • 首先遇到同步代码 console.log(1),立即执行输出 1
  • 接下来是一个 setTimeout 定时器,将其回调压入待执行队列 [setTimeout1]
  • 遇到 process.nextTick,将其回调 nextTick2 压入微任务队列 [nextTick2]
  • 然后是 async 函数 foo 的调用,立即执行并输出 async start
  • 然后是 await 语句,这所在的地方会创建并返回 Promise,所以这里会执行其后面的表达式,也就是 bar() 函数的调用。
  • 执行 bar 函数,输出 bar
  • 在执行了 await 后面的语句后,它所代表的 Promise 就创建完成了,foo 函数体后续的代码相当于 promise 的 then,放入微任务队列 [nextTick2, rest_of_foo]
  • 继续往下遇到 new Promise,执行 Promise 的创建输出 7,将它的 then 回调压入微任务队列 [nextTick2, rest_of_foo,promiseThen2]
  • 遇到另一个 setTimeout,回调压入待执行队列 [setTimeout1,setTimeout2]
  • 至此,代码执行完了一轮。此时的输出应该是 1, async start, bar,7

Round 2

  • 查看微任务队列,并清空。所以依次执行 [nextTick2, rest_of_foo,promiseThen2],输出 6,async end,8

Round 3

  • 查看待执行队列 [setTimeout1,setTimeout2],先执行 setTimout1
  • 遇到 console.log(2) 输出2
  • 遇到 process.nextTicknextTick1 压入微任务队列 [nextTick1]
  • 遇到 new Promise 立即执行 输出 4,执行 resolve() 后将 promiseThen1 压入微任务队列 [nextTick1,promiseThen1]
  • 遇到 setImmediate 将回调压入待执行队列 [setTimeout2,immediate1]
  • 此时 setTimeout1 执行完毕,此时的输出应该为 2,4

Round 4

  • 检查微任务队列 [nextTick1,promiseThen1] 依次执行并输出 3,5

Round 5

  • 检查待执行队列 [setTimeout2,immediate1],执行 setTimeout2
  • 遇到 console输出 9
  • 遇到 new Promise 执行并输出 11,将 promiseThen3 压入微任务队列 [promiseThen3]
  • 遇到 process.nextTicknextTick3 压入微执行队列。注意,因为 process.nextTick 的优化级高于 Promise,所以压入后的结果是: [nextTick3,promiseThen3]
  • 此时 setTimeout2 执行完毕,输出为 9,11

Round 6

  • 检查微任务队列 [nextTick3,promiseThen3] 执行并输出 10,12

Round 7

  • 检查待执行队列 [immediate1],执行并输出 immediate

至此,走完了所有代码。

结果

以下是文章开头的结果:

1
async start
bar
7
6
async end
8
2
4
3
5
9
11
10
12
immediate

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