初窺JavaScript事件機制的實現（二）—— Node.js中定時器的實現

上一篇博文提到，在Node中timer並非經過新開線程來實現的，而是直接在event loop中完成。下面經過幾個JavaScript的定時器示例以及Node相關源碼來分析在Node中，timer功能究竟是怎麼實現的。

JavaScript中定時器功能的特色

不管是Node仍是瀏覽器中，都有setTimeout和setInterval這兩個定時器函數，而且其工做特色基本相同，所以下面僅以Node爲例進行分析。

咱們知道，JavaScript中的定時器並不一樣於計算機底層的定時中斷。中斷到來時，當前執行代碼會被打斷，轉去執行定時中斷處理函數。而JavaScript的定時器到時，若是當前執行線程沒有正在執行的代碼，則執行相應的回調函數；若是當前有代碼在執行中，JavaScript引擎既不會中斷當前代碼轉去執行回調，也不會開新的線程執行回調，而是當前代碼執行完畢以後纔去處理。

console.time('A')
setTimeout(function () {
    console.timeEnd('A');
}, 100);
var i = 0;
for (; i < 100000; i++) { }

執行上面的代碼，能夠看到最終輸出的時間並非100ms左右，而是數秒。這說明在循環完成以前，定時回調函數確實沒有被執行，而是推遲到了循環結束。實際上在JavaScript代碼執行中，全部的事件都沒法獲得處理，必須等到當前代碼所有完成，才能去處理新的事件。這就是爲何在瀏覽器中運行耗時JavaScript代碼時，瀏覽器會失去響應。爲了應對這種狀況，咱們能夠採起Yielding Processes的技巧，將耗時的代碼分紅小塊（chunks），每處理完一塊就執行一次setTimeout，約定在一小段時間後才處理下一塊，而在這段空閒時間裏，瀏覽器/Node能夠去處理排隊中的事件。

補充資料

在JavaScript 高級程序設計 第三版第22章高級技巧中對高級定時器以及Yielding Processes有較詳細的討論。

Node中的timer實現

libuv對uv_loop_t類型的初始化

上一篇博文提到Node會調用libuv的uv_run函數啓動default_loop_ptr進行事件調度，default_loop_ptr指向一個uv_loop_t類型的變量default_loop_struct。Node啓動時會調用uv_loop_init(&default_loop_struct)對其進行初始化，uv_loop_init函數節選以下：

int uv_loop_init(uv_loop_t* loop) {
  ...
  loop->time = 0;
  uv_update_time(loop);
  ...
}

能夠看到loop的time字段先被賦值爲0，以後調用uv_update_time函數,這會將最新的計數時間賦給loop.time。

初始化完成以後，default_loop_struct.time就有了一個初始值，與時間有關的操做都會與此值進行比較從而肯定是否調用相應回調函數。

libuv的事件調度核心

前面提到uv_run函數就是libuv庫實現event loop的核心部分，下面是其流程圖：

這裏簡述一下上面與定時器相關的邏輯：

1. 更新當前loop的time字段，這個字段標誌着當前loop概念下的「如今」；
2. 檢查loop是否alive，也就是說檢查loop中是否還有須要處理的任務（handlers/requests），若是沒有就沒必要循環了；
3. 檢查註冊過的timer，若是某一個timer中指定的時間落後於當前時間了，說明該timer已到時，因而執行其對應的回調函數；
4. 執行一次I/O polling（即阻塞住線程，等待I/O事件發生），若是在下一個timer到期時尚未任何I/O完成，則中止等待，執行下一個timer的回調。
   若是發生了I/O事件，則執行對應的回調；因爲執行回調的時間裏可能又有timer到期了，這裏要再次檢查timer並執行回調。
   （實際上(4.)這裏比較複雜，不只僅是一步操做，這樣描述僅是爲了避免涉及其餘細節，而專一於timer的實現。）

Node會一直調用uv_run直到loop再也不alive。

Node中的timer_wrap與timers

Node中有一個TimerWrap類，被註冊爲Node內部的timer_wrap模塊。

NODE_MODULE_CONTEXT_AWARE_BUILTIN(timer_wrap, node::TimerWrap::Initialize)

其中TimerWrap類基本上就是對uv_timer_t的一個直接封裝，NODE_MODULE_CONTEXT_AWARE_BUILTIN是Node用於註冊built-in模塊的宏。

通過這一步操做，JavaScript就能夠拿到這個模塊進行操做了。src/lib/timers.js文件使用JavaScript的形式把timer_wrap的功能封裝起來，並導出了exports.setTimeout, exports.setInterval, exports.setImmediate等函數。

Node啓動與global初始化

上一篇提到Node啓動時會載入執行環境LoadEnvironment(env)，這個函數中很是重要的一步就是載入src/node.js並執行，src/node.js會載入指定的模塊並初始化global和process。固然，setTimeout等函數也會被src/node.js綁定到global對象上。

至此，setTimeout/setInterval這類定時器函數已經能夠爲JavaScript所用了。