浅谈 nodejs 的事件循环机制

前言

js 的事件循环机制可能大家都比较熟悉了，分为宏任务和微任务。

但是 Node.js 的的事件循环机制不知道大家了解多少，这个在面试当中也是比较常问，如果有涉及到 Node.js的的基本上都会问到事件循环机制，Node.js的事件循环机制和 js 的有所不同，但是大致的理念是相通的，接下来我们就来看一下吧！

核心

Node.js 的事件循环是其异步非阻塞 I/O 模型的核心。它允许 Node.js 在执行非阻塞操作时保持高效，使得单线程的 js 能够处理大量并发操作。

事件循环的基本阶段如下:

Timers（ 定时器）：执行 setTimeout() 和 setInterval() 设定的回调。
I/O callbacks（ I/O回调）：处理几乎所有的 I/O 回调，除了 close 回调、setTimers 和 setImmediate() 的回调。
Idle, Prepare（ 闲置、准备）：系统内部使用，处理一些准备工作。
Poll（ 轮询）：检索新的 I/O 事件；执行与 I/O 相关的回调（几乎所有的 I/O 回调都在这个阶段处理，除了 close 回调，timers 和 setImmediate() 的回调）；节点会在这个阶段检查是否有新的定时器到期，如果有，则回到 timers 阶段执行；如果没有新的 I/O 回调，并且当前也没有定时器到期，则会执行 setImmediate() 的回调。
Check（ 检查）：执行 setImmediate() 设定的回调。
Close Callbacks（ 关闭回调）：执行关闭事件的回调，如 socket.on('close')。

在 Node.js 中，宏任务和微任务的概念与浏览器环境类似，但有一些特殊性。

宏任务：

setTimeout()
setInterval()
setImmediate()
I/O操作（如fs模块的文件操作）
HTTP请求回调

微任务：

Promise的then()、catch()和finally()回调
process.nextTick()
queueMicrotask()

执行顺序：

同步代码
微任务
- process.nextTick()队列
- 其他微任务队列（Promise等）
宏任务

在每个宏任务执行完毕后，Node.js都会清空微任务队列，然后再进入下一个事件循环阶段。

练习

为了更好的理解，看一段代码

js 复制代码

const fs = require('fs')

console.log('开始执行')

Promise.resolve().then(() => {
  console.log('Promise callback')
})

// 定时器
setTimeout(() => {
  console.log('定时器回调1')
}, 0)

setTimeout(() => {
  console.log('定时器回调2')
}, 10)

setTimeout(() => {
  console.log('定时器回调3')
}, 100)

// I/O操作
fs.readFile('./template.txt', 'utf8', (err, data) => {
  if (err) {
    console.error('I/O错误:', err)
  } else {
    console.log('I/O回调:', data)
  }
})

// setImmediate
setImmediate(() => {
  console.log('setImmediate回调')
})

// process.nextTick
process.nextTick(() => {
  console.log('process.nextTick回调')
})

console.log('脚本执行结束')

运行结果：

js 复制代码

开始执行
脚本执行结束
process.nextTick回调
Promise callback
定时器回调1
setImmediate回调
I/O回调: 我是IO回调
定时器回调2
定时器回调3

解释：

宏任务执行：
- "定时器回调1"（setTimeout 0ms）首先执行，这是符合预期的，因为它实际上被设置为1ms延迟。
- "setImmediate回调"在"定时器回调1"之后、"I/O回调"之前执行。这说明在这次运行中，事件循环先进入了检查阶段（执行setImmediate），然后才到达了轮询阶段（执行I/O回调）。
- "I/O回调"在setImmediate之后执行，这是完全可能的，因为I/O操作的完成时间是不确定的。
- "定时器回调2"（setTimeout 10ms）在I/O回调之后执行，这说明10ms的延迟确实比I/O操作和setImmediate的执行时间长。
- "定时器回调3"（setTimeout 100ms）最后执行，这是符合预期的，因为它有最长的延迟时间。

关键点：

setImmediate和 I/O 回调的顺序：在这次运行中，setImmediate回调在 I/O 回调之前执行。这展示了Node.js 事件循环的一个重要特性：检查阶段（执行 setImmediate ）可能会在某些 I/O 操作完成之前到来。
定时器的行为： 0ms、10ms 和 100ms 的定时器确实按照预期的顺序执行，但它们的实际执行时间可能会受到其他操作（如I/O和setImmediate）的影响。
I/O操作的不确定性： I/O回调的执行时机证明了异步I/O操作的完成时间是不可预测的，它可能在setImmediate之后，但在较长延迟的定时器之前完成。