深入事件循环机制(JS&Node.JS)

前言:

毋庸置疑,JS的核心特征就是单线程的。当然,为了利用多核CPU的计算能力,H5提出了web worker的标准。允许JS脚本创建多个线程,但是子线程受控于主线程,且不能操作DOM。所以这并没有改变JS为单线程的本质。

那么为什么JS会是单线程而不是多线程的呢?不要忘了JS是浏览器端脚本语言,主要目的是和用户交互,操作DOM。否则会带来很复杂的同步问题。

JS任务运行机制

♣ 同步任务 → 主线程执行栈

♣ 异步任务 → 任务队列

1:所有同步任务在主线程上执行,形成一个执行栈(execution context stack)。

2:所有异步任务都被放置在主线程之外的一个叫做“任务队列”(task queue)里面。异步任务有了运行结果就在任务队列里面放置一个事件。(这里面又分为微任务宏任务

微任务(micro task):

◈ new Promise()

◈ new MutaionObserver()

◈ process.nextTick()

宏任务(macro task)

◈ setTimeout

◈ setInterval

◈ setImmediate

◈ I/O

◈ 各种事件(比如鼠标单击事件)的回调函数

3:一旦“执行栈”中的任务执行完毕,就会去查看“任务队列”中是否有异步执行结果的事件,如果有就将其推入执行栈中执行。(微任务优先级高于宏任务,每一次事件循环完毕都会清空微任务队列,而每个宏任务又会触发一次事件循环)

4:主线程不断重复以上3步。

下边上一道比较经典的用例吧!

async function async_1() {

    console.log("async_1 start");

    await async_2();

    console.log("async_1 end");

}

async function async_2() {

    console.log("async_2");

}

console.log("script start");

setTimeout(() => {

    console.log("setTimeout");

});

async_1();

new Promise((resolve) => {

    console.log("promise 1");

    resolve()

}).then(() => {

    console.log("promise 2");

});

console.log("script end");

最后输出结果是:

script start

async_1 start

async_2

promise 1

script end

promise 2

async_1 end

setTimeout

Node.JS事件循环机制

概述:

Node.js是单线程单进程(自身JS运行环境是单线程的)应用程序。采用单线程异步非阻塞I/O模式。

当web server接收到请求后调用异步I/O,然后去服务下一个web请求。当异步I/O处理完成后,就把它放回处理队列,当其到达处理队列最前面时,就把结果返回给用户。

这个模型非常高效可扩展性也很强,因为webserver一直接受请求而不用等待任何读写操作。

关键字解析:

V8:Google推出的JS VM,它为JS提供了在非浏览器端运行的环境,它是Node.js高效的原因之一。

Node Bindings: 这一层是JS与底层C/C++能够沟通的关键,前者通过bindings调用后者,相互交换数据。

LibUV:libuv是一个多平台支持库,主要关注异步I/O。它主要为node.js的使用而开发,同时也被Luvit、Julia、pyuv等使用。libuv为Node.js提供了跨平台、线程池、事件池、异步I/O等能力,是Node.js如此强大的关键。

上边这幅图翻译过来就是:

◈ V8引擎解析JS脚本

◈ 解析后代码调用Node API

◈ libuv 库负责Node API的执行。libuv将建立的所有I/O操作内容绑定到单个线程上。只要每个事件循环在不同的线程中,就可以运行多个事件循环。它将不同的任务分配给不同的线程,形成一个个的事件循环(Event Loop) , 以异步的方式将任务的执行结果返回给V8引擎。

◈ V8引擎再将结果返回给用户。

深入libuv 中的 Event Loop

Event loop是一个执行模型,在不同的地方有不同的实现。浏览器和Node.JS是基于不同的技术实现了各自的Event loop。

Node.JS的Event loop是基于libuv,而浏览器的Event loop是在H5规范明确定义,具体实现交给了浏览器厂商。

Event loop是libuv的核心所在,js把回调任务交给libuv,libuv何时调用回调就由Event loop来控制。

◈ Event loop会在内部维持多个事件队列(也叫做观察者watcher), 如时间队列、网络队列等。

◈ 使用者在watcher中注册回调,当事件发生时转入pending状态,然后在下一次循环时按顺序取出来执行。libuv的事件循环每次只会执行一个回调,从而避免了竞争的发生。

每个事件循环包含的7阶段(每个阶段结束后都会执行所有的微任务):

1:run due timers 执行到期的计时器,如:setTimeout、setInterval等。

2:call pending callbacks 执行转入pending状态的观察者的回调函数。大多数情况下,在轮询I/O之后立即调用所有I/O回调。但是在某些情况下,调用此类回调会被推迟到下一个循环迭代去。如果先前的迭代推迟了任何I/O回调,它在将在此时运行。

3:run idle handles 如果idle句柄是活跃的,每一次迭代循环都会执行。

4:run prepare handles 执行prepare句柄的回调。在循环阻止I/O前执行prepare 句柄的回调函数。

5:poll for I/O 计算出轮询超时时间,并以此时间作为阻塞I/O的持续时间,等待还未返回的I/O回调。

6:run check handles 执行check handles的回调函数。check handles本质上是prepare的对应物。

7:call close callbacks 执行关闭回调函数。如果一个句柄被uv_close关闭将执行关闭回调函数。注意:node事件循环比js事件循环多了两个异步,setImmediate(宏任务)、process.nextTick(微任务)。process.nextTick的优先级高于promise().then()。


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