Node.js-Event-Loop

Node 事件循环（Event-Loop）

Node.js 是通过事件驱动来服务 I/O 的，而事件循环是 Node 实现异步非阻塞 I/O 的基础

Node 事件循环是基于 libuv 实现的，而内部实现，其实就是一个 while 语句块
Node 程序启动时，则会初始化事件循环

这里需要说明下，Node 事件循环与浏览器环境下 JavaScript 的事件循环是完全不一样的

Node 事件循环是分阶段的，有 update time、timer、 pending (I/O) callbacks、idle, prepare、poll（轮询）、check、close callbacks 七个阶段

而这七个阶段都是在核心函数 uv_run() 中进行

// Node 事件循环核心函数
int uv_run(uv_loop_t* loop, uv_run_mode mode) {
  int timeout;
  int r;
  int ran_pending;
  r = uv__loop_alive(loop);
  if (!r)	// 检查当前循环是否存活
    uv__update_time(loop);	// 如果没有则更新时间并结束当前循环，进入下一个循环
  // Node 事件循环从一个 while 循环开始
  while (r != 0 && loop->stop_flag == 0) {
    uv__update_time(loop);	// 更新时间
    
    uv__run_timers(loop);		// 执行到期的定时器（setTimeout 和 setInterval）回调（往往是之前n轮循环中设置的定时器）
    
    ran_pending = uv__run_pending(loop);	// 处理异步 I/O，如网络请求 I/O、文件请求 I/O 等
    
    uv__run_idle(loop);
    uv__run_prepare(loop);
    // idle 和 prepare 是 Node 内部的一些操作，跟事件循环没有什么关联
    timeout = 0;		// 设置 poll 阶段的时间变量
    if ((mode == UV_RUN_ONCE && !ran_pending) || mode == UV_RUN_DEFAULT)
      timeout = uv_backend_timeout(loop);	// 计算 timeout 时间，用于后面 poll 阶段的操作
    uv__io_poll(loop, timeout);	// 执行 poll 阶段的相关回调，此阶段有可能会阻塞
    uv__run_check(loop);		// 执行 setImmediate 回调
    uv__run_closing_handles(loop);	// 执行回调函数关闭的方法，如关闭文件描述符
    // Node默认的mode是 `UV_RUN_ONCE`
    if (mode == UV_RUN_ONCE) {
      uv__update_time(loop);		// 更新时间
      uv__run_timers(loop);		// 执行到期的定时器回调
    }
    r = uv__loop_alive(loop);
    if (mode == UV_RUN_ONCE || mode == UV_RUN_NOWAIT)
      break;
  } // while 循环结束
  if (loop->stop_flag != 0)
    loop->stop_flag = 0;
  return r;
}
// 计算 poll 阶段的时间参数
int uv_backend_timeout(const uv_loop_t* loop) {
  if (loop->stop_flag != 0)	// 事件循环是否结束的标志，如果结束则返回0
    return 0;
  if (!uv__has_active_handles(loop) && !uv__has_active_reqs(loop))  // 是否有异步任务，没有则返回0
    return 0;
  if (!QUEUE_EMPTY(&loop->idle_handles))	
    return 0;
  if (!QUEUE_EMPTY(&loop->pending_queue))
    return 0;
  
  // QUEUE_EMPTY(idle_handles)和QUEUE_EMPTY(pending_queue)
  // 判断前面阶段注册的异步任务队列是否为空，则不为空直接返回0，执行这些异步任务回调
 
  if (loop->closing_handles)	// 循环进入关闭阶段，返回0
    return 0;
  // 如果上述条件都不成立，那么 poll 阶段将等待第一个到期的 timer，如果在极短的时间（32.767毫秒）内没有到期的 timer ，则结束等待，进入 下一个阶段（check阶段）
  return uv__next_timeout(loop);
}

各阶段简述

update time：更新时间
timer：执行到期的定时器回调函数
pending (I/O) callbacks：执行延迟到下一个循环迭代的 I/O 回调
idle, prepare：Node 内部执行的
poll：检索新的 I/O事件；执行I / O相关的回调函数（几乎所有函数的回调函数，除了定时器和setImmediate）；此外，适当时，节点将在此处阻塞
check：执行 setImmediate 回调
close callbacks：一些关闭回调，如 socket.on(‘close’, …)

poll 阶段（重点理解）

poll阶段有两个功能:

当 timers 到达指定的时间后，执行指定的 timer 的回调
处理 poll 队列的事件

1、当进入到 poll 阶段，并且没有 timers 被调用的时候，会发生下面的情况:

如果 poll 队列不为空，Event Loop 将同步的执行 poll queue 里的 callback ，直到 queue 为空或者执行的 callback 到达上限
如果 poll 队列为空，则会发生下面的情况:

如果脚本调用了 setImmediate()，Event Loop 将会结束 poll 阶段并且进入到 check 阶段执行 setImmediate() 的回调

如果脚本没有被 setImmediate() 调用，Event Loop 将会等待（此时会阻塞极短时间32.767毫秒）回调被添加到队列中，然后立即执行它们

2、当进入到 poll 阶段，并且调用了 timers 的话，会发生下面的情况:

一旦 poll queue 是空的话，Event Loop 会检查是否 timers，如果有1个或多个 timers 时间已经到达，Event Loop 将会回到 timer 阶段并执行那些 timers 的 callback （即进入到下一次 tick）。

Pending callbacks（即I/O callbacks）被调用，大多数情况下，所有的 I/O callbacks 都是在 poll for I/O（即 poll 阶段）后理解调用的。然而，有些情况，会在下一次 tick 调用，以前被推迟的 I/O callback 会在下一次 tick 的 I/O 阶段调用。

在 Event Loop 完成一个阶段，然后到另一个阶段之前，Event Loop 将会执行这 Next Tick Queue 以及 MicroTask Queue 里面的回调，直到这两个队列为空。一旦它们空了后，Event Loop 会进入到下一个阶段

Next Tick Queue的优先级高于MicroTask Queue

setImmediate() vs setTimeout()

setImmediate和setTimeout（）是相似的，但取决于它们何时被调用，其行为方式不同。

setImmediate（）用于在当前 poll（轮询）阶段完成后执行脚本
setTimeout（）设置在一定时间（以毫秒为单位）后运行

定时器执行的顺序取决于它们被调用的上下文
如果在 I/O 周期内这两个被调用，则 setImmediate 回调总是先执行

const fs = require('fs');
fs.readFile(__filename, () => {
  setTimeout(() => {
    console.log('timeout');
  }, 0);
  setImmediate(() => {
    console.log('immediate');
  });
});
// immediate
// timeout