Nodejs核心机制

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• 前言

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前言

结合 Node.js 的核心机制进行说明：

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1. 解释事件循环的各个阶段。

   答案

   Node.js 事件循环分为 6 个阶段，按顺序执行：

2. Timers：执行 setTimeout 和 setInterval 的回调。

3. Pending I/O Callbacks：处理系统操作（如 TCP 错误）的回调。

4. Idle/Prepare：Node.js 内部使用的阶段。

5. Poll：

   • 检索新的 I/O 事件并执行回调（如文件读取、HTTP 请求）。

   • 如果 Poll 队列为空：

   ◦ 若有 setImmediate 回调，进入 Check 阶段。

   ◦ 否则等待新的 I/O 事件。

6. Check：执行 setImmediate 的回调。

7. Close Callbacks：处理关闭事件的回调（如 socket.on('close')）。

解析

• 每个阶段都是一个 FIFO 队列，必须清空当前阶段的回调才会进入下一阶段。

• 重点：setTimeout 和 setInterval 的回调不一定精确按时执行，因为 Poll 阶段可能阻塞事件循环。

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2. setImmediate 和 setTimeout(fn, 0) 的区别是什么？
   答案
   • 执行顺序：

• 在主模块中，两者的执行顺序不确定（受进程性能影响）。

• 在 I/O 回调（如 fs.readFile）中，setImmediate 总是先于 setTimeout。

• 底层阶段：

• setImmediate 在 Check 阶段 执行。

• setTimeout 在 Timers 阶段 执行。

示例代码

fs.readFile('file.txt', () => {
  setTimeout(() => console.log('Timeout'), 0);
  setImmediate(() => console.log('Immediate'));
});
// 输出顺序：Immediate → Timeout

解析

• 在 I/O 回调中，事件循环处于 Poll 阶段，执行完回调后优先进入 Check 阶段（setImmediate），再进入 Timers 阶段。

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3. 什么是事件驱动编程？Node.js 如何实现非阻塞 I/O？
   答案

• 事件驱动：通过监听事件（如点击、文件读取完成）触发回调，而非主动轮询。

• 非阻塞 I/O 的实现：

• 操作系统级异步：网络请求等由内核异步处理（通过 epoll、kqueue）。

• 线程池：文件 I/O 等阻塞操作由 libuv 的线程池处理，完成后通知主线程。

解析

• Node.js 的单线程仅指 JS 主线程，底层通过多线程 + 事件循环实现高并发。

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4. 如何监控和调试内存泄漏？
   答案

常见泄漏场景：

• 未清理的全局变量、闭包引用、定时器、事件监听器（如 EventEmitter）。

调试工具：

• Chrome DevTools 的 Heap Snapshot 对比内存快照。

• 使用 --inspect 参数 + node-heapdump 模块生成堆内存快照。

• 监控 process.memoryUsage()。

解析

• 内存泄漏的本质是对象被意外保留，无法被 GC 回收。

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5. process.nextTick 和 setImmediate 的执行顺序？
   答案
   • process.nextTick：

• 在事件循环的每个阶段结束后立即执行（微任务）。

• 优先级高于 Promise.then()。

• setImmediate：

• 在 Check 阶段执行（宏任务）。

执行顺序：

Promise.resolve().then(() => console.log('Promise'));
process.nextTick(() => console.log('nextTick'));
setImmediate(() => console.log('Immediate'));
// 输出顺序：nextTick → Promise → Immediate

解析

• process.nextTick 会将回调插入当前阶段末尾，而 setImmediate 是下一轮循环。

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6. Node.js 单线程模型如何处理并发请求？
   答案
   • 非阻塞 I/O：主线程发起异步 I/O 操作后继续处理其他任务，I/O 完成后通过事件循环触发回调。

• 线程池：文件操作等阻塞任务由 libuv 的线程池处理（默认 4 个线程）。

解析

• 单线程避免了多线程的锁竞争和上下文切换开销，适合 I/O 密集型场景，但不适合 CPU 密集型任务。

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7. Cluster 模块是如何工作的？
   答案
   • 原理：Master 进程创建多个子进程（Worker），共享同一端口，通过轮询（Round-Robin）分配请求。

• 代码示例：

const cluster = require('cluster');
if (cluster.isMaster) {
  for (let i = 0; i < 4; i++) cluster.fork(); // 启动 4 个 Worker
} else {
  require('./app.js'); // 每个 Worker 运行一个服务实例
}

解析

• 子进程通过 IPC（进程间通信）与 Master 进程通信。

• 优势：利用多核 CPU，提高吞吐量。

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8. Buffer 和 Stream 的应用场景是什么？
   答案
   • Buffer：处理二进制数据（如图片、文件），避免字符串转换的性能损耗。

• Stream：

• 大文件处理：分片读取文件，避免内存溢出（如 fs.createReadStream）。

• 实时数据传输：HTTP 响应、TCP 套接字。

示例

// 使用 Stream 复制文件
fs.createReadStream('input.txt')
  .pipe(fs.createWriteStream('output.txt'));

解析

• Stream 通过事件分块处理数据，显著降低内存占用。

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总结

掌握这些问题的核心原理（事件循环、异步 I/O、内存管理）能让你在面试中脱颖而出。建议结合以下实践：

1. 使用 node --trace-event-categories=node.async_hooks 跟踪异步事件。
2. 阅读 libuv 文档 和 Node.js 官方博客。
3. 通过 WARTHOG（Node.js 性能分析工具）定位性能瓶颈。