node端事件循环机制(Part1)

栏目: Node.js · 发布时间: 4年前

node 是基于谷歌v8 javascript引擎的 非阻塞事件驱动 平台, 接下来的一系列文章,我将描述什么是事件循环,它是如何工作的,它如何影响我们的应用程序。

文章指引

  • Event Loop (本文)
  • Timers、 Immediates 、 Next Ticks
  • Promises、Next-Ticks、Immediates
  • 处理 I/O
  • 最佳的事件循环练习
  • 在 Node v11中timers、microtasks发生的改变

Reactor 模式

node端事件循环机制(Part1)

nodejs 的事件驱动模型涉及 Event DemultiplexerEvent Queue 。所有I/O请求最终将生成完成/失败事件或任何其他触发器,统称为 事件 。这些事件按照以下算法处理。

  1. Event Demultiplexer 接收I/O请求,并将这些请求委托给相应的硬件。
  2. 一旦I/O请求被处理(文件中的数据、套接字中的数据可以读取等), Event Demultiplexer 将为这个特定的操作注册回掉并添加到 Event Queue
  3. Event Queue 中的事件可以被处理时,它们将按照接收到的顺序顺序执行,直到队列为空。
  4. 如果 Event Queue 中没有事件,或者 Event Demultiplexer 中没有任何挂起的请求,则程序将完成。否则,这个过程将又从第一步开始,如此循环。

注意:不要混淆 event loop 和 NodeJS Event Emitter。NodeJS Event Emitter与此机制完全不同。在后面的文章中,我将通过event loop解释NodeJS Event Emitter如何影响事件处理过程。

上面的图是对NodeJS如何工作的高级概述,并显示了一个称为Reactor 模式的主要部分。但实际却这比这复杂得多。这有多复杂呢?

Event Demultiplexer 不是一个独立的部分,它讲包括所有操作系统平台以及所有类型的I/O。

这里显示的 Event Queue 也仅仅包含一个的队列,所有类型的事件都在其中排队进入和退出队列。并不是只有I/O类型的事件会在这里排队

所以接下来让我们更加深入的理解

Event Demultiplexer

Event Demultiplexer只是一个抽象概念,它并不真实存在。在不同的操作系统中,它都有实现,有着不同的名称。

Linux 中称它 epoll 、BSD系统中称 kqueue 、Solaris中称 event ports 、Windows中的 IOCP 等。 Nodejs 使用它提供的 非阻塞、异步硬件I/O功能

File I/O的复杂性

令人困惑的是,并不是所有的I/O类型都能使用这个实现来执行,即使在同一个操作系统平台上,支持不同类型的I/O也很复杂。

例如Linux不支持文件系统访问的完全异步,为了提供完全的异步,要处理所有这些文件系统的复杂性是非常复杂的/几乎不可能的。

另外处理File I/O之外,node提供的DNS也具有这种复杂性

解决办法

因此,引入了 thread pool (线程池)来支持I/O函数,而硬件异步I/O utils(如epoll/kqueue/event ports或IOCP)无法直接处理这些函数。

现在我们知道并不是所有的I/O函数都发生在 thread pool 中。NodeJS已经尽力使用 非阻塞和异步硬件I/O 来完成大部分I/O,但是对于阻塞或难以处理的I/O类型,它使用 thread pool

将前面提到的问题聚集到一起

正如我们所看到的,很难在所有不同类型的OS平台上支持所有不同类型的I/O((file I/O, network I/O, DNS等)。一些I/O可以使用本地硬件实现来执行,同时保留完整的异步性。而一些特定的I/O应该在线程池中执行某些I/O类型,以保证完整的异步性。

开发人员对Node的一个常见误解是Node在线程池中的执行所有类型的I/O。

为了在支持跨平台I/O的同时管理整个流程,应该有一个抽象层来封装这些平台间和平台内的复杂性,并为node的上层公开一个通用API。

接下来就让我们热烈欢迎........

node端事件循环机制(Part1)

这个库提供的不仅仅是对不同I/O轮询机制的简单抽象:‘handles’ 和 ‘streams’ 为套接字和其他实体提供了高级抽象;此外,还提供了跨平台的文件I/O和线程功能。

现在我们来看看libuv是如何组成的

node端事件循环机制(Part1)

从图中我们可以看到 Event Demultiplexer 是Libuv抽象的I/O处理api集合,并公开给NodeJS的上层。libuv它不仅仅为Node提供 Event Demultiplexer 。Libuv为NodeJS提供了整个事件循环功能,包括 Event Queue

接下来让我们来看 Event Queue

Event Queue

事件队列中,所有事件都被事件循环按顺序排队和处理,直到队列为空。

在NodeJS中有多个队列,不同类型的事件在它们自己的队列中排队。

在处理一个类型的队列之后,在进入下一个队列之前,事件循环将处理两个 intermediate queues (中间队列),直到中间队列为空

那么有多少个队列呢?什么是中间队列?

有四种 主要的事件类型 ,它由本地的libuv处理。

setTimeout、setInterval
setImmediate 

有两种类型的 intermediate queues (中间队列),他们由node处理, 不属于libuv

  • Next Ticks队列: 由使用 process.nextTick 添加的事件组成
  • 其他的 Microtasks Queue (微队列): 包含了其他的微任务,例如 Promise.then()

这些不同类型的事件队列如何工作?

如下图所示,Node通过检查计时器队列中的是否有过期计时器从而开始事件循环,并在每个步骤中遍历每个队列。在处理了 close handlers queue 之后,如果任何队列中没有要处理的项,则循环将退出。可以将事件循环中每个队列的处理视为事件循环的一个阶段。

node端事件循环机制(Part1)

前面提到的中间队就是图中心得两份队列,有趣的是,一旦一个阶段完成,事件循环将检查这两个中间队列中的任何可用项。如果中间队列中有任何可用项,事件循环将立即开始处理它们,直到清空两个立即队列。直到它们为空,事件循环才会继续到下一个阶段。

Next tick queue vs Other Microtasks queue

两个中间队列的优先级不同, Next tick队列 具有比 其他微任务队列 更高的优先级。也就是说当一个阶段完成之后,会先去Next tick 队列清空任务,再去Microtasks(微任务)队列清空任务。

这些所谓的 中间队列 的约定引入了一个新问题,IO饥饿。大量使用 process.nextTick 将强制事件循环在不向前移动的情况下无限期地处理next tick队列。这将导致IO饥饿,因为如果不清空 Next tick 队列,事件循环将无法继续。

我将在后面的文章中以示例深入描述这些队列。

来一个总结,node在 Event Demultiplexer 中处理所有的异步I/O,它是 Libuv 抽象的I/O处理api集合,在I/O响应后,将相应的事件推入到相应的事件类型的队列,并在其中通过事件循环来调用回掉函数。

最后,现在您知道了什么是事件循环(即在event)、如何实现它以及Node如何处理异步I/O。现在让我们看看Libuv在NodeJS体系结构中的位置。

node端事件循环机制(Part1)

Reference


以上所述就是小编给大家介绍的《node端事件循环机制(Part1)》,希望对大家有所帮助,如果大家有任何疑问请给我留言,小编会及时回复大家的。在此也非常感谢大家对 码农网 的支持!

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