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和宏任务）

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()。