NodeJS Events模块源码学习

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events模块的运用贯穿整个Node.js, 读就Vans了。

1. 在使用层面有一个认识

1.1 Events模块用于解决那些问题?

回调函数模式让Node可以处理异步操作,但是,为了适应回调函数,异步操作只能有两个状态:开始和结束。 对于那些多状态的异步操作(状态1,状态2,状态3, ....),回调函数就会无法处理。这是就必须将异步操作拆开, 分成多个阶段,每个阶段结束时,调用回调函数。

为了解决这个问题,Node提供了EventEmitter接口。通过事件,解决多状态异步操作的响应问题。

1.2 API全解

发布订阅模式,是需要一个哈希表来存储监听事件和对应的回调函数的,在events模块中,这个哈希表 形如:(多个回调函数存储为数组,如果没有回调函数,不会存在对应的键值)

{
  事件A: [回调函数1,回调函数2, 回调函数3],
  事件B: 回调函数1
}
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所有API就是围绕这个哈希表进行增删改查操作

  • emitter.addListener(eventName, listener): 在哈希表中,对应事件中增加一个回调函数

  • emitter.on(eventName, listener): 同1,别名

  • emitter.once(eventName, listener): 同1,单次监听器

  • emitter.prependListener(eventName, listener): 同1,添加在监听器数组开头

  • emitter.prependOnceListener(eventName, listener): 同1,添加在监听器数组开头 && 单次监听器

  • emitter.removeListener(eventName, listener): 移除指定的事件中的某个监听器

  • emitter.off(eventName, listener): 同上,别名

  • emitter.removeAllListeners([eventName]): 移除全部监听器或者指定的事件的监听器

  • emitter.emit(eventName[, ...args]): 按照监听器注册的顺序,同步地调用对应事件的监听器,并提供传入的参数

  • emitter.eventNames(): 获得哈希表中所有的键值(包括Symbol)

  • emitter.listenerCount(eventName): 获得哈希表中对应键值的监听器数量

  • emitter.listeners(eventName): 获得对应键的监听器数组的副本

  • emitter.rawListeners(eventName): 同上,只不过不会对once处理过后的监听器还原(新增于Node 9.4.0

  • emitter.setMaxListeners(n): 设置当前实例监听器最大限制数的值

  • emitter.getMaxListeners(): 返回当前实例监听器最大限制数的值

  • EventEmitter.defaultMaxListeners: 它是每个实例的监听器最大限制数的默认值,修改它会影响所有实例

2. 源码分析(Node.JS V10.15.1)

此部分不会从头到尾的阅读源码,只是贴出源码中一些有趣的点!源码阅读会放在文末。

2.1 初始化方式

function EventEmitter() {
  // 调用EventEmitter类的静态方法init初始化
  // 我觉得这样的初始化方式包装了代码的可读性,也提供了一个改写的方式
  EventEmitter.init.call(this)
}
// export first
module.exports = EventEmitter

// 哈希表,保存一个EventEmitter实例中所有的注册事件和对应的处理函数
EventEmitter.prototype._events = undefined

// 计数器,代表当前实例中注册事件的个数
EventEmitter.prototype._eventsCount = 0

// 监听器最大限制数量的值
EventEmitter.prototype._maxListeners = undefined

// EventEmitter类的初始化静态方法
EventEmitter.init = function() {
  if (this._events === undefined ||
    this._events === Object.getPrototypeOf(this)._events) {
    // 初始化
    this._events = Object.create(null)
    this._eventsCount = 0  
  }
  this._maxListeners = this._maxListeners || undefined
}
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为什么使用Object.create(null)而不是直接赋值{}

  • Object.create(null)相对于{}存在性能优势(由于Node版本的不同,这里的性能优势也不能说是绝对的)

  • Object.craete(null) 更加干净, 对它的操作不会让对象受原型链影响

console.log({})
// 输出
{
  __proto__:
    constructor: ƒ Object()
    hasOwnProperty: ƒ hasOwnProperty()
    isPrototypeOf: ƒ isPrototypeOf()
    propertyIsEnumerable: ƒ propertyIsEnumerable()
    toLocaleString: ƒ toLocaleString()
    toString: ƒ toString()
    valueOf: ƒ valueOf()
    __defineGetter__: ƒ __defineGetter__()
    __defineSetter__: ƒ __defineSetter__()
    __lookupGetter__: ƒ __lookupGetter__()
    __lookupSetter__: ƒ __lookupSetter__()
    get __proto__: ƒ __proto__()
    set __proto__: ƒ __proto__()
}

console.log(Object.create(null))
// 输出
{}
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2.2 在一个事件监听器中监听同一个事件会死循环吗?

这样的代码会死循环吗?

emitter.on('lock', function lock() {
  emitter.on('lock', lock)
})
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答案是不会,从简化的源码中分析:

EventEmitter.prototype.emit = function emit(type, ...args) {
  const events = this._events;
  const handler = events[type];
  
  // 如果仅有一个回调函数
  if (typeof handler === 'function') {
    Reflect.apply(handler, this, args)
  }
  // 如果是一个数组 
  else {
    const len = handler.length
    const listeners = arrayClone(handler, len)
    for (var i = 0; i < len; ++i)
      Reflect.apply(listeners[i], this, args)
  }
}

// 复制数组嗷
function arrayClone(arr, n) {
  var copy = new Array(n);
  for (var i = 0; i < n; ++i)
    copy[i] = arr[i];
  return copy;
}
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假设lock事件中的回调函数为[A, B, C], 那么如果不做处理,在执行过程中会变成 [A, B, C, Lock, Lock, Lock, ....]导致死循环,那么在循环之前,先复制一份当前 的监听器数组,那么该数组的长度就固定下来了,也就避免了死循环。

2.3 Reflect的使用

ES6推出Reflect之后,也基本没用过,而在Events源码中有两处使用

  • Reflect.apply: 对一个函数进行调用操作,同时可以传入一个数组作为调用参数。和Function.prototype.apply()功能类似。 在源码中用于执行监听器

  • Reflect.ownKeys: 返回一个包含所有自身属性(不包含继承属性)的数组。 在源码中用于获取哈希表中所有的事件

参考阮一峰ES6入门中: 将Object对象的一些明显属于语言内部的方法(比如Object.defineProperty),放到Reflect对象上。 现阶段,某些方法同时在Object和Reflect对象上部署,未来的新方法将只部署在Reflect对象上。 也就是说,从Reflect对象上可以拿到语言内部的方法。

// 返回已注册监听器的事件名数组
EventEmitter.prototype.eventNames = function eventNames() {
  // 等价于 Object.getOwnPropertyNames(target).concat(Object.getOwnPropertySymbols(target))
  return this._eventsCount > 0 ? Reflect.ownKeys(this._events) : [];
};
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这样使得代码更加易读!另外补上一个绕口令一般的存在

function test(a, b) {
  return a + b
}
Function.prototype.apply.call(test, undefined, [1, 3]) // 4
Function.prototype.call.call(test, undefined, 1, 3) // 4
Function.prototype.call.apply(test, [undefined, 1, 3]); // 4
Function.prototype.apply.apply(test, [undefined, [1, 3]]); // 4
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2.4 单次监听器是如何实现的?

源码

// 添加单次监听器
EventEmitter.prototype.once = function once(type, listener) {
  // 参数检查
  checkListener(listener);
  // on是addEventListener的别名
  this.on(type, _onceWrap(this, type, listener));
  return this;
};
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从这里可以得出结论:对监听函数包装了一层!

// 参数分别代表: 当前events实例,事件名称,监听函数
function _onceWrap(target, type, listener) {
  // 拓展this
  // {
  //   fired: 标识位,是否应当移除此监听器
  //   wrapFn: 包装后的函数,用于移除监听器
  // }
  var state = { fired: false, wrapFn: undefined, target, type, listener };
  var wrapped = onceWrapper.bind(state);
  // 真正的监听器
  wrapped.listener = listener;
  state.wrapFn = wrapped;
  // 返回包装后的函数
  return wrapped;
}
function onceWrapper(...args) {
  if (!this.fired) {
    // 监听器会先被移除,然后再调用
    this.target.removeListener(this.type, this.wrapFn);
    this.fired = true;
    Reflect.apply(this.listener, this.target, args);
  }
}
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2.5 效率更高的从数组中去除一个元素

EventEmitter#removeListener这个api的实现里,需要从存储的监听器数组中去除一个元素,首先想到的就是Array#splice这个api, 不过这个api提供的功能过于多了,它支持去除自定义数量的元素,还支持向数组中添加自定义的元素,所以,源码中选择自己实现一个最小可用的

因此你会在源码中看到

var splceOnce

EventEmitter.prototype.removeListener = function removeListener(type, listener) {
  var events = this._events
  var list = events[type]
  // As of V8 6.6, depending on the size of the array, this is anywhere
  // between 1.5-10x faster than the two-arg version of Array#splice()
  // function spliceOne(list, index) {
  //   for (; index + 1 < list.length; index++)
  //     list[index] = list[index + 1];
  //   list.pop();
  // }
  if (spliceOne === undefined)
    spliceOne = require('internal/util').spliceOne;
  spliceOne(list, position);
}
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spliceOne,很好理解

function spliceOne(list, index) {
  for (; index + 1 < list.length; index++)
    list[index] = list[index + 1];
  list.pop();
}
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2.6 正确修改当前实例监听器限制

  • 修改EventEmitter.defaultMaxListeners,会影响所有EventEmitter实例,包括之前创建的

  • 调用emitter.setMaxListeners(n),只会影响当前实例的监听器限制

限制不是强制的,有助于避免内存泄漏,超过限制只会输出警示信息。

相关源码

var defaultMaxListeners = 10

Object.defineProperty(EventEmitter, 'defaultMaxListeners', {
  enumerable: true,
  get: function() {
    return defaultMaxListeners;
  },
  set: function(arg) {
    if (typeof arg !== 'number' || arg < 0 || Number.isNaN(arg)) {
      const errors = lazyErrors();
      throw new errors.ERR_OUT_OF_RANGE('defaultMaxListeners',
        'a non-negative number',
        arg);
    }
    defaultMaxListeners = arg;
  }
});
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另一部分

// 为指定的 EventEmitter 实例修改限制
EventEmitter.prototype.setMaxListeners = function setMaxListeners(n) {
  if (typeof n !== 'number' || n < 0 || Number.isNaN(n)) {
    const errors = lazyErrors();
    throw new errors.ERR_OUT_OF_RANGE('n', 'a non-negative number', n);
  }
  this._maxListeners = n;
  return this;
};

function $getMaxListeners(that) {
  // 当前实例监听器限制的默认值为静态属性defaultMaxListeners的值
  // 这也是为什么修改它会影响所有的原因
  if (that._maxListeners === undefined)
    return EventEmitter.defaultMaxListeners;
  return that._maxListeners;
}

EventEmitter.prototype.getMaxListeners = function getMaxListeners() {
  return $getMaxListeners(this);
};
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3. 源码注释版地址~

源码注释版地址

参考

通过源码解析 Node.js 中 events 模块里的优化小细节

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