從實例代碼講解Node.js Event loop執行機制（1.0.1）

2018-03-23 星期五 農曆 二月初七戊戌年 【狗年】乙卯月 甲寅日
宜：  裁衣、經絡、伐木、開柱眼、拆卸、修造、動土、上樑、合脊、合壽木、入殮、除服、成服、移柩、破土
忌：  祭祀、嫁娶、出行、上樑、掘井

本文采用 自問自答的形式 配合代碼（執行結果）來說解 event loop 的執行機制

執行環境 :  node.js-8.10.0  WebStorm 2017.2.3 

example 1

console.log(1);
console.log(2);
setTimeout(function(){
    console.log(3)
})
setTimeout(function(){
    console.log(4);
})
console.log(5)複製代碼

 執行：輸入結果 顯示以下

如今咱們來實例分析下 這個代碼執行結果爲何是這樣的 ： 

   Node是基於單線程的(主要主線程是單線程，用來執行同步任務。等遇到異步任務的時候，會調用另一條異步線程來處理異步任務，如：setTimeout 這些會影響主線程運行的，須要等待一段時間)   

代碼執行分析 以下：   主線程開始執行，自上往下，先是開始執行同步任務， 依次執行

console.log(1)
console.log(2) 
複製代碼

而後遇到 異步任務

setTimeout(function(){
    console.log(3)
})
setTimeout(function(){
    console.log(4);
})複製代碼

這時候 Node 會把 這些異步任務 push 到一個 異步執行棧 stack  裏面  

而後繼續執行 主線程的 任務

console.log(5) 複製代碼

等到全部的同步任務任務，這時候 Node  開始執行  異步隊列  棧 stack 裏面的異步任務 

按照 堆 stack 的特徵 先進後出的特徵   會依次開始執行 棧裏面的異步任務  

等待他們執行完畢之後，會生成一個 宏  任務隊列（下面會有詳細的介紹），按照執行先後順序來添加到這個隊列中，

隊列遵循先進先出的規則，開始依次執行 列隊

執行結果以下：

3
4複製代碼

如今來更深刻的瞭解下 Node.js event loop 機制

當Node.js啓動時會初始化event loop, 每個event loop都會包含按以下順序六個循環階段，

┌───────────────────────┐
┌─>│        timers         │
│  └──────────┬────────────┘
│  ┌──────────┴────────────┐
│  │     I/O callbacks     │
│  └──────────┬────────────┘
│  ┌──────────┴────────────┐
│  │     idle, prepare     │
│  └──────────┬────────────┘      ┌───────────────┐
│  ┌──────────┴────────────┐      │   incoming:   │
│  │         poll          │<─────┤  connections, │
│  └──────────┬────────────┘      │   data, etc.  │
│  ┌──────────┴────────────┐      └───────────────┘
│  │        check          │
│  └──────────┬────────────┘
│  ┌──────────┴────────────┐
└──┤    close callbacks    │
   └───────────────────────┘複製代碼

• timers 階段: 這個階段執行setTimeout(callback) and setInterval(callback)預約的callback;
• I/O callbacks 階段: 執行除了 close事件的callbacks、被timers(定時器，setTimeout、setInterval等)設定的callbacks、setImmediate()設定的callbacks以外的callbacks;
• idle, prepare 階段: 僅node內部使用;
• poll 階段: 獲取新的I/O事件, 適當的條件下node將阻塞在這裏;
• check 階段: 執行setImmediate() 設定的callbacks;
• close callbacks 階段: 好比socket.on(‘close’, callback)的callback會在這個階段執行.

每個階段都有一個裝有callbacks的fifo queue(隊列)，當event loop運行到一個指定階段時， node將執行該階段的fifo queue(隊列)，當隊列callback執行完或者執行callbacks數量超過該階段的上限時， event loop會轉入下一下階段.

注意上面六個階段都不包括 process.nextTick() (稍後會在宏任務和微任務)

example 2

setTimeout(() => {
  console.log('setTimeout')
}, 0)

setImmediate(() => {
  console.log('setImmediate')
})複製代碼

運行結果：

setImmediate
setTimeout
複製代碼

或者：

setTimeout
setImmediate
複製代碼

爲何結果不肯定呢？

解釋：setTimeout/setInterval 的第二個參數取值範圍是：[1, 2^31 - 1]，若是超過這個範圍則會初始化爲 1，即 setTimeout(fn, 0) === setTimeout(fn, 1)。咱們知道 setTimeout 的回調函數在 timer 階段執行，setImmediate 的回調函數在 check 階段執行，event loop 的開始會先檢查 timer 階段，可是在開始以前到 timer 階段會消耗必定時間，因此就會出現兩種狀況：

1. timer 前的準備時間超過 1ms，知足 loop->time >= 1，則執行 timer 階段（setTimeout）的回調函數
2. timer 前的準備時間小於 1ms，則先執行 check 階段（setImmediate）的回調函數，下一次 event loop 執行 timer 階段（setTimeout）的回調函數

example 3

const fs = require('fs')

fs.readFile(__filename, () => {
  setTimeout(() => {
    console.log('setTimeout')
  }, 0)

  setImmediate(() => {
    console.log('setImmediate')
  })
})
複製代碼

運行結果：

setImmediate
setTimeout
複製代碼

解釋：fs.readFile 的回調函數執行完後：

1. 註冊 setTimeout 的回調函數到 timer 階段
2. 註冊 setImmediate 的回調函數到 check 階段
3. event loop 從 pool 階段出來繼續往下一個階段執行，剛好是 check 階段，因此 setImmediate 的回調函數先執行
4. 本次 event loop 結束後，進入下一次 event loop，執行 setTimeout 的回調函數

因此，在 I/O Callbacks 中註冊的 setTimeout 和 setImmediate，永遠都是 setImmediate 先執行。

宏任務和微任務

這兩個概念屬於對異步任務的分類，不一樣的API註冊的異步任務會依次進入自身對應的隊列中，而後等待Event Loop將它們依次壓入執行棧中執行。

task主要包含：setTimeout、setInterval、setImmediate、I/O、UI交互事件

microtask主要包含：Promise、process.nextTick

microtask 會優先 task 執行 

通常 Event loop 會先清空 microtask 隊列裏面的任務，而後纔回去 執行 task 裏面的 異步任務

example 4

console.log(1);
console.log(2);
setImmediate(function(){
    console.log(4);
})
setTimeout(function(){
    console.log(3)
})
process.nextTick(function(){
    console.log('process.nextTick')
})
Promise.resolve().then(function () {
    console.log('Promise')
})複製代碼

執行結果以下： 

1 
2
process.nextTick 
Promise 
3 
4複製代碼

先依次執行同步任務 console.log 輸出

1
2複製代碼

而後開始執行異步任務 stack 裏面的任務 先微任務在宏任務

輸出

process.nextTick 
Promise 複製代碼

最後等待微任務執行完畢之後，在執行最後的宏任務

3 
4複製代碼

待續。。。。。。