1中的事件循环和异步API。介绍单线程编程会因为阻塞I/O导致硬件资源得不到最佳利用。多线程编程也会因为编程中的死锁、状态同步等问题而让开发者头疼。Node给出了介于两者之间的解决方案：使用单线程避免多线程死锁和状态同步等问题；使用异步I/O让单线程远离阻塞，从而更好地利用CPU。实际上node在应用层只是单线程的，底层其实通过libuv维护了一个阻塞I/O调用的线程池。但是：在应用层，JS是单线程的，业务代码中不能有耗时代码，否则可能会严重延迟后续代码（包括回调）的处理。如果遇到复杂的业务计算，应该想办法启用一个独立的进程或者交给其他服务处理。1.1异步I/O在Node中，JS是单线程执行的，但是内部I/O工作还有另外一个线程池，使用一个主进程和多个I/O线程来模拟异步I/O。当主线程发起I/O调用时，I/O操作会在I/O线程上执行，主线程会继续执行后面的任务。I/O线程完成操作后，会用数据通知主线程发起回调。1.2事件循环事件循环是Node的执行模型，正是这种模型使得回调函数如此普遍。当进程启动时，Node会创建一个类似于while(true)的循环。每次循环执行的过程就是判断是否有未决事件。如果是，则取出事件及其相关的回调并执行，然后进入下一个循环。如果没有更多事件要处理，则退出该过程。事件循环是一种程序结构，是一种实现异步的机制。事件循环可以简单理解为：所有任务都在主线程上执行，形成一个执行上下文栈。除了主线程之外，还有一个“任务队列”。系统将异步任务放入“任务队列”，然后主线程继续执行后续任务。一旦“执行堆栈”中的所有任务都已执行，系统将读取“任务队列”。如果此时，异步任务已经结束等待状态，就会从“任务队列”进入执行栈，重新开始执行。主线程不断重复上面的第三步。Node中事件循环阶段分析：┌──────────────────────────┐┌─>│定时器││└──────────────┬──────────────┘│┌────────────┴──────────────────────────────────┐││I/O回调││└──────────────────────────┘│┌────────────────────┐││空闲，准备││└────────┬────────────────────────────┐│┌────────────┴────────────────┐┐传入：│││投票│<──────┤连接，││└────────────┬──────────────┘│资料等└────────────────────┘││检查││└────────────┬────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘││检查││└──────────────────────────────────────────────┘│┌──────────────┴──────────────┐└──┤收盘回调│└──────────────────────────┘每个stage都有一个FIFO回调队列（queue）去执行。每个阶段都有自己的特点。简单的说，当事件循环进入到某个阶段时，会执行该阶段的特定（任意）操作，然后执行该阶段队列中的回调。当队列执行完，或者执行的回调数达到上限，事件循环就会进入下一阶段。PhasesOverviewPhasesOverview定时器：这个阶段执行由setTimeout()和setInterval()设置的回调。I/O回调：执行几乎所有回调，除了关闭回调、setTimeout()、setInterval()、setImmediate()回调。空闲，准备：仅供内部使用。poll：获取新的I/O事件；节点会在合适的条件下阻塞在这里。check：执行setImmediate()设置的回调。关闭回调：执行回调，例如socket.on('close',...)。1.timers定时器指定一个下限时间而不是确切的时间，定时器setTimeout()和setInterval()在到达下限时间后执行回调。定时器在指定时间过去后尽可能早地执行回调，但系统调度或其他回调执行可能会延迟它们。从技术上讲，poll阶段控制timer何时执行，具体执行位置在timer中。下限时间有一个范围：[1,2147483647]，如果设置的时间不在这个范围内，则设置为1。2.I/O回调执行除了close回调，setTimeout(),setInterval(),setImmediate()几乎所有的回调，除了回调，比如TCP连接错误。3.空闲，准备一些系统内部的调用。4.poll这是最复杂的阶段。poll将检索新的I/O事件，并在适当的时候阻塞，等待回调被添加。poll阶段主要有两个作用：一个是执行最小时间到达定时器的回调，另一个是处理poll队列中的事件。注意：Node的很多API都是基于事件订阅完成的，这些API的回调应该在poll阶段完成。当事件循环进入轮询阶段：当轮询队列不为空时，事件循环首先要遍历队列并同步执行回调，直到队列被清空或者回调执行次数达到系统上限。当轮询队列为空时，有两种情况。如果代码已经通过setImmediate()设置了回调，那么事件循环直接结束poll阶段，进入check阶段执行check队列中的回调。如果代码没有设置setImmediate()设置回调：如果设置了定时器，那么事件循环会在此时检查定时器，如果一个或多个定时器的下限时间已经到达，那么事件循环会回绕定时器阶段，并执行定时器的有效回调队列。如果不设置定时器，则事件循环阻塞在轮询阶段，等待此时事件回调加入轮询队列。Node的很多API都是基于事件订阅的，比如fs.readFile，这些回调应该在poll阶段完成。5.checksetImmediate()在此阶段执行。此阶段允许在轮询阶段结束后立即执行回调。如果poll阶段空闲，并且有setImmediate()设置的回调，那么事件循环直接跳转到检查执行，而不是阻塞在poll阶段等待poll事件的加入。注意：如果到达poll阶段，setImmediate()的优先级最高。只要轮询队列为空，注册了setImmediate()，无论是否有定时器到达下限时间，setImmediate()的代码都会先执行。6.close回调如果一个socket或者handle突然关闭（比如socket.destroy()），这个阶段会触发close事件，否则会被process.nextTick()触发。1.3请求对象对于Node中的异步I/O调用，回调函数是开发者不调用的。从JS发起调用到I/O操作完成，有一个中间产物叫做request对象。JS发起调用后，JS调用Node的核心模块，核心模块调用C++内置模块，内置模块通过libuv判断平台，进行系统调用。在进行系统调用时，将从JS层传入的方法和参数封装在一个request对象中，request对象放入线程池中执行。JS立即返回继续后续操作。1.4执行回调当线程可用时，线程会取出request对象进行I/O操作，执行完后将结果放入request对象，返回线程。在事件循环中，I/O观察者会不断地在线程池中寻找完成的请求对象，从中获取回调函数和数据，并执行。运行当前执行环境下可以运行的代码。每个事件消息都运行到完成，在此之前不会处理其他事件。这一点和C等一些语言不一样，它们可能在一个线程中，函数运行的时候突然停止了，然后其他线程又开始运行了。JS机制的一个典型缺点是，当一个事件处理时间过长时，后续的事件处理会延迟到事件处理结束。在浏览器环境下运行时，某个脚本运行时间过长，导致页面无响应。在Node环境下，可能会出现大量用户请求被挂起，无法及时响应的情况。2.非I/O异步API除了异步I/O外，还有一些与I/O无关的异步API，即：setTimeout()、setInterval()、process.nextTick()、setImmediate()，它们并不像普通的I/O操作那样真正需要等待事件的异步处理结束才回调，而是出于定时或延迟处理的原因而设计的。2.1setTimeout()和setInterval()的实现原理与异步I/O类似，只是不涉及I/O线程池。使用它们创建的定时器将被放入定时器队列中的红黑树中。每次执行事件循环，都会从对应的队列中取出，判断定时器是否超时。如果超过时间，将形成一个事件，立即执行回调。所以，就像在浏览器中一样，这是不精确的并且会被长同步事件阻塞。值得一提的是Node的setTimeout源码中：//Nodesourcecodeafter*=1;//合并为数字或NaNif(!(after>=1&&after<=TIMEOUT_MAX)){if(after>TIMEOUT_MAX){process.emitWarning(...);}之后=1;//scheduleonnexttick,followsbrowserbehavior}表示如果此后未设置，或小于1，或大于TIMEOUT_MAX(2^31-1)，将被强制设置为1ms。也就是说，setTimeout(xxx,0)其实等同于setTimeout(xxx,1)。2.2setImmediate()setImmediate()在校验阶段执行。它实际上是一个特殊的定时器，运行在事件循环的一个独立阶段。它使用libuv的API将回调设置为在轮询阶段结束后立即执行。我们来看这个例子：setTimeout(function(){console.log('setTimeout')},0)setImmediate(function(){console.log('setImmediate')})//输出不稳定setTimeoutandsetImmediatecomefirst队列之后，首先进入的是timers阶段。如果我们的机器性能一般，或者加入了一个同步的长耗时操作，那么进入timers阶段，已经过了1ms，那么会先执行setTimeout的回调。如果没有达到1ms，那么在timers阶段，超时时间还没有到，setTimeout回调还没有执行，eventloop已经到了poll阶段。这时候，队列是空的。这时候有些代码是setImmediate()，所以先执行setImmediate()。)回调函数，然后在下一个事件循环中执行setTimemout的回调函数。setTimeout(function(){console.log('settimeout')},0)setImmediate(function(){console.log('setImmediate')})for(leti=0;i<100000;i++){}//执行时间可以保证超过1ms//稳定输出：setTimeoutsetImmediate这样可以稳定输出。另一个例子：constfs=require('fs')fs.readFile('./filePath.js',(err,data)=>{setTimeout(()=>console.log('setTimeout'),0)setImmediate(()=>console.log('setImmediate'))console.log('started')for(leti=0;i<100000;i++){}})//outputstartedsetImmediatesetTimeoutherewe你会发现setImmediate总是在setTimeout之前执行。fs.readFile的回调在poll阶段执行。callback执行完后，setTimeout和setImmediate依次进入timer队列并检查，继续轮询，轮询队列为空。这时发现setImmediate，于是事件循环开始进入check阶段执行回调，然后在下一个事件循环的timers阶段执行setTimeout回调，虽然这个setTimeout已经到了超时时间。再举个栗子：同理，这段代码也是一样的：setTimeout(()=>{setImmediate(()=>console.log('setImmediate'));setTimeout(()=>console.log('setTimeout'),0);},0);上面代码在timers阶段执行完外部setTimeout回调后，将内部setTimeout和setImmediate入队，然后事件循环继续下一阶段，当到达poll阶段时，发现队列为空。这时候有一段代码是setImmediate()，所以直接进入check阶段执行response回调（注意没有检测timers队列中是否有超时事件，因为setImmediate()优先）。然后在下一个事件循环的timers阶段执行相应的回调。2.3process.nextTick()和Promise对于这两个，我们可以理解为一个microtask。也就是说，它们实际上并不是事件循环的一部分。有时我们希望立即异步执行一个任务，我们可能会使用延迟为0的定时器，但是这样的开销很大。我们可以改用process.nextTick()，它将传入的回调放到nextTickQueue队列中，等下一轮Tick后取出执行。不管eventloop走多远，都会在当前执行栈Call的运行结束，详见Nodejs官网。process.nextTick方法指定的回调函数总是在当前执行队列的末尾触发。多个process.nextTick语句总是一次执行（无论它们是否嵌套）。对process.nextTick的递归调用将是无止境的。主线程根本不会读取事件队列，导致后续调用一直阻塞，直到达到最大调用限制。相比定时器中使用红黑树的时间复杂度为0(lg(n))，process.nextTick()的时间复杂度为0(1)，效率更高。举个复杂的栗子。如果你看懂了这个栗子，你基本上就可以全部看懂了：')process.nextTick(()=>{console.log('nextTick2')setImmediate(()=>console.log('setImmediate1'))process.nextTick(()=>console.log('nextTick3'))})setImmediate(()=>console.log('setImmediate2'))process.nextTick(()=>console.log('nextTick4'))console.log('sync2')setTimeout(()=>console.log('setTimout2'),0)},0)console.log('sync1')},0)//输出：sync1nextTick1setTimout1sync2nextTick2nextTick4nextTick3setImmediate2setImmediate1setTimout22.4结束过程。nextTick()效率最高，占用资源少，但会阻塞CPU的后续调用；setTimeout()不准确，可能会延迟执行，而且因为使用了红黑树，所以会消耗大量资源；setImmediate()，消耗资源少，不会造成阻塞，但效率也是最低的。网上的帖子大多是深浅不一，甚至有些不一致。以下文章是对学习过程的总结。如果发现错误请留言指出~参考：Node——AsynchronousI/ONodeExplorationEventCycleNode探索事件周期--setTimeout/setImmediate/process.nextTick的区别setTimeout/setImmediate/process的区别.nextTick详解setTimeout/setImmediate/process.nextTick的区别简单易懂setImmediate/nextTickNode.js探索：初识单线程Node.js|淘宝联储|一起努力吧~另外，你可以加入“前端下午茶交流群”微信群，长按识别下方二维码加我为好友，加群备注，我拉你入群群~
