Node.js事件循环深入理解事件循环概念事件循环是Node.js处理非阻塞I/0操作的机制。目前大多数内核都是多线程

事件循环概念

事件循环是Node.js处理非阻塞I/0操作的机制。目前大多数内核都是多线程的，所以他们可以在后台处理多种操作。但JavaScript引擎是单线程的，为了提高系统运行效率，当其中一个完成操作的时候，内核通知Node.js将合适的回调函数添加到轮询队列中等待时机执行，那么这么一套机制我们就称它为事件循环。

事件循环过程

当Node.js启动后，就会初始化事件循环，处理输入脚本，异步API,调度定时器。

下图是官网展示的事件循环造作顺序的简化概览图

这里面每个框被称为事件循环的一个阶段。
每个阶段都有一个FIFO队列来执行回调函数。直到队列用尽或已经执行到最大的回调数，事件循环将移动到下一阶段。

运行过程如下图所示：

阶段概述：

定时器：本阶段执行已经被 setTimeout() 和 setInterval() 的调度回调函数。
待定回调：执行延迟到下一个循环迭代的 I/O 回调。
idle, prepare：仅系统内部使用。
轮询：检索新的 I/O 事件;执行与 I/O 相关的回调（几乎所有情况下，除了关闭的回调函数，那些由计时器和 setImmediate() 调度的之外），其余情况 node 将在适当的时候在此阻塞。
检测：setImmediate() 回调函数在这里执行。
关闭的回调函数：一些关闭的回调函数，如：socket.on('close', ...)。

我们重点看poll阶段 poll阶段是衔接整个event loop各个阶段比较重要的阶段，为了便于后续例子的理解，本文和原文的介绍顺序不一样，本文先讲这个阶段；

在node.js里，任何异步方法（除timer,close,setImmediate之外）完成时，都会将其callback加到poll queue里,并立即执行。

poll 阶段有两个主要的功能：

处理poll队列（poll quenue）的事件(callback);
执行timers的callback,当到达timers指定的时间时;

如果event loop进入了 poll阶段，且代码未设定timer，将会发生下面情况：

如果poll queue不为空，event loop将同步的执行queue里的callback,直至queue为空，或执行的callback到达系统上限;
如果poll queue为空，将会发生下面情况：
- 如果代码已经被setImmediate()设定了callback, event loop将结束poll阶段进入check阶段，并执行check阶段的queue (check阶段的queue是 setImmediate设定的)
- 如果代码没有设定setImmediate(callback)，event loop将阻塞在该阶段等待callbacks加入poll queue;

如果event loop进入了 poll阶段，且代码设定了timer：

如果poll queue进入空状态时（即poll 阶段为空闲状态），event loop将检查timers,如果有1个或多个timers时间时间已经到达，event loop将按循环顺序进入 timers 阶段，并执行timer queue.

以上便是整个event loop时间循环的各个阶段运行机制，有了这层理解，我们来看几个例子：


var fs = require('fs');

function someAsyncOperation (callback) {
  // 花费2毫秒
  fs.readFile(__dirname + '/' + __filename, callback);
}

var timeoutScheduled = Date.now();
var fileReadTime = 0;

setTimeout(function () {
  var delay = Date.now() - timeoutScheduled;
  console.log('setTimeout: ' + (delay) + "ms have passed since I was scheduled");
  console.log('fileReaderTime',fileReadtime - timeoutScheduled);
}, 10);

someAsyncOperation(function () {
  fileReadtime = Date.now();
  while(Date.now() - fileReadtime < 20) {

  }
});

// 结果
-> node eventloop.js
setTimeout: 22ms have passed since I was scheduled
fileReaderTime 2

结果分析：当时程序启动时，event loop初始化：

timer阶段（无callback到达，setTimeout需要10毫秒）
i/o callback阶段，无异步i/o完成
忽略
poll阶段，阻塞在这里，当运行2ms时，fs.readFile完成，将其callback加入 poll队列，并执行callback，其中callback要消耗20毫秒,等callback之行完，poll处于空闲状态，由于之前设定了timer，因此检查timers,发现timer设定时间是20ms，当前时间运行超过了该值，因此，立即循环回到timer阶段执行其callback,因此，虽然setTimeout的20毫秒，但实际是22毫秒后执行。

var fs = require('fs');

function someAsyncOperation (callback) {
  var time = Date.now();
  // 花费9毫秒
  fs.readFile('/path/to/xxxx.pdf', callback);
}

var timeoutScheduled = Date.now();
var fileReadTime = 0;
var delay = 0;

setTimeout(function () {
  delay = Date.now() - timeoutScheduled;
}, 5);

someAsyncOperation(function () {
  fileReadtime = Date.now();
  while(Date.now() - fileReadtime < 20) {

  }
  console.log('setTimeout: ' + (delay) + "ms have passed since I was scheduled");
  console.log('fileReaderTime',fileReadtime - timeoutScheduled);
});

// 结果
-> node eventloop.js
setTimeout: 7ms have passed since I was scheduled
fileReaderTime 9

结果分析：当时程序启动时，event loop初始化：

timer阶段（无callback到达，setTimeout需要10毫秒）
i/o callback阶段，无异步i/o完成
忽略
poll阶段，阻塞在这里，当运行5ms时，poll依然空闲，但已设定timer,且时间已到达，因此，event loop需要循环到timer阶段,执行setTimeout callback,由于从poll --> timer中间要经历check,close阶段,这些阶段也会消耗一定时间，因此执行setTimeout callback实际是7毫秒然后又回到poll阶段等待异步i/o完成，在9毫秒时fs.readFile完成，其callback加入poll queue并执行。

setTimeout和setImmediate区别二者非常相似，但是二者区别取决于他们什么时候被调用.

setImmediate 设计在poll阶段完成时执行，即check阶段；
setTimeout 设计在poll阶段为空闲时，且设定时间到达后执行；但其在timer阶段执行

其二者的调用顺序取决于当前event loop的上下文，如果他们在异步i／o callback之外调用，其执行先后顺序是不确定的

process.nextTick()

process.nextTick()不在event loop的任何阶段执行，而是在各个阶段切换的中间执行,即从一个阶段切换到下个阶段前执行。

var fs = require('fs');

fs.readFile(__filename, () => {
  setTimeout(() => {
    console.log('setTimeout');
  }, 0);
  setImmediate(() => {
    console.log('setImmediate');
    process.nextTick(()=>{
      console.log('nextTick3');
    })
  });
  process.nextTick(()=>{
    console.log('nextTick1');
  })
  process.nextTick(()=>{
    console.log('nextTick2');
  })
});

-> node eventloop.js
nextTick1
nextTick2
setImmediate
nextTick3
setTimeout

结果分析从poll —> check阶段，先执行process.nextTick， nextTick1 nextTick2 然后进入check,setImmediate， setImmediate 执行完setImmediate后，出check,进入close callback前，执行process.nextTick nextTick3 最后进入timer执行setTimeout setTimeout

process.nextTick()是node早期版本无setImmediate时的产物，node作者推荐我们尽量使用setImmediate。

总结

Node.js 的事件循环分为6个阶段
浏览器和Node 环境下，microtask 任务队列的执行时机不同

Node.js中，microtask 在事件循环的各个阶段之间执行
浏览器端，microtask 在事件循环的 macrotask 执行完之后执行

递归的调用process.nextTick()会导致I/O starving，官方推荐使用setImmediate()

【参考资料】
8.1.7 Event loops

Tasks, microtasks, queues and schedules

Node.js Event Loop 的理解 Timers，process.nextTick()

深入理解js事件循环机制（Node.js篇）

深入理解js事件循环机制（浏览器篇）