摘要：開始執(zhí)行文件，同步代碼執(zhí)行完畢后，進(jìn)入事件循環(huán)。時(shí)間未到的時(shí)候，如果有事件返回，就執(zhí)行該事件注冊(cè)的回調(diào)函數(shù)。對(duì)于多次執(zhí)行輸出結(jié)果不同，需要了解事件循環(huán)的基礎(chǔ)問題。

nodejs是單線程執(zhí)行的，同時(shí)它又是基于事件驅(qū)動(dòng)的非阻塞IO編程模型。這就使得我們不用等待異步操作結(jié)果返回，就可以繼續(xù)往下執(zhí)行代碼。當(dāng)異步事件觸發(fā)之后，就會(huì)通知主線程，主線程執(zhí)行相應(yīng)事件的回調(diào)。

本篇文章講解node中JavaScript的代碼的執(zhí)行流程，下面是測(cè)試代碼，如果你知道輸出的結(jié)果，那么就不需要再看本篇文章，如果不知道輸出結(jié)果，那么本片文章可幫助你了解：

console.log(1)
setTimeout(function () {
  new Promise(function (resolve) {
    console.log(2)
    resolve()
  })
  .then(() => { console.log(3) })
})
setTimeout(function () {
  console.log(4)
})

復(fù)雜的：

setTimeout(() => {
  console.log("1")
  new Promise((resolve) => { console.log("2"); resolve(); })
  .then(() => { console.log("3") })
  new Promise((resolve)=> { console.log("4"); resolve()})
  .then(() => { console.log("5") })
  setTimeout(() => { 
    console.log("6")
    setTimeout(() => {
      console.log("7")
      new Promise((resolve) => { console.log("8"); resolve() })
      .then( () => {  console.log("9") })
      new Promise((resolve) => { console.log("10"); resolve() })
      .then(() => {  console.log("11") })
    })
    setTimeout(() => { console.log("12") }, 0)
  })
  setTimeout(() => { console.log("13") }, 0)
})
setTimeout(() => { console.log("14") }, 0)
new Promise((resolve) => { console.log("15"); resolve() })
.then( ()=> { console.log("16") })
new Promise((resolve) => { console.log("17"); resolve() })
.then(() => { console.log("18") })

node.js啟動(dòng)過程可以分為以下步驟：

調(diào)用platformInit方法 ，初始化 nodejs 的運(yùn)行環(huán)境。

調(diào)用 performance_node_start 方法，對(duì) nodejs 進(jìn)行性能統(tǒng)計(jì)。

openssl設(shè)置的判斷。

調(diào)用v8_platform.Initialize，初始化 libuv 線程池。

調(diào)用 V8::Initialize，初始化 V8 環(huán)境。

創(chuàng)建一個(gè)nodejs運(yùn)行實(shí)例。

啟動(dòng)上一步創(chuàng)建好的實(shí)例。

開始執(zhí)行js文件，同步代碼執(zhí)行完畢后，進(jìn)入事件循環(huán)。

在沒有任何可監(jiān)聽的事件時(shí)，銷毀 nodejs 實(shí)例，程序執(zhí)行完畢。

Nodejs 將消息循環(huán)又細(xì)分為 6 個(gè)階段(官方叫做 Phase), 每個(gè)階段都會(huì)有一個(gè)類似于隊(duì)列的結(jié)構(gòu), 存儲(chǔ)著該階段需要處理的回調(diào)函數(shù).

Nodejs 為了防止某個(gè) 階段 任務(wù)太多, 導(dǎo)致后續(xù)的 階段 發(fā)生饑餓的現(xiàn)象, 所以消息循環(huán)的每一個(gè)迭代(iterate) 中, 每個(gè) 階段 執(zhí)行回調(diào)都有個(gè)最大數(shù)量. 如果超過數(shù)量的話也會(huì)強(qiáng)行結(jié)束當(dāng)前 階段而進(jìn)入下一個(gè) 階段. 這一條規(guī)則適用于消息循環(huán)中的每一個(gè) 階段.

這是消息循環(huán)的第一個(gè)階段, 用一個(gè) for 循環(huán)處理所有 setTimeout 和 setInterval 的回調(diào).

這些回調(diào)被保存在一個(gè)最小堆(min heap) 中. 這樣引擎只需要每次判斷頭元素, 如果符合條件就拿出來執(zhí)行, 直到遇到一個(gè)不符合條件或者隊(duì)列空了, 才結(jié)束 Timer Phase.

Timer 階段中判斷某個(gè)回調(diào)是否符合條件的方法也很簡(jiǎn)單. 消息循環(huán)每次進(jìn)入 Timer 的時(shí)候都會(huì)保存一下當(dāng)時(shí)的系統(tǒng)時(shí)間,然后只要看上述最小堆中的回調(diào)函數(shù)設(shè)置的啟動(dòng)時(shí)間是否超過進(jìn)入 Timer 時(shí)保存的時(shí)間, 如果超過就拿出來執(zhí)行.

執(zhí)行除了close callbacks、setTimeout()、setInterval()、setImmediate()回調(diào)之外幾乎所有回調(diào)，比如說TCP連接發(fā)生錯(cuò)誤、 fs.read, socket 等 IO 操作的回調(diào)函數(shù), 同時(shí)也包括各種 error 的回調(diào).

系統(tǒng)內(nèi)部的一些調(diào)用。

這是整個(gè)消息循環(huán)中最重要的一個(gè) 階段, 作用是等待異步請(qǐng)求和數(shù)據(jù)，因?yàn)樗瘟苏麄€(gè)消息循環(huán)機(jī)制.

poll階段有兩個(gè)主要的功能：一是執(zhí)行下限時(shí)間已經(jīng)達(dá)到的timers的回調(diào)，一是處理poll隊(duì)列里的事件。
注：Node的很多API都是基于事件訂閱完成的，比如fs.readFile，這些回調(diào)應(yīng)該都在poll階段完成。

當(dāng)事件循環(huán)進(jìn)入poll階段：

poll隊(duì)列不為空的時(shí)候，事件循環(huán)肯定是先遍歷隊(duì)列并同步執(zhí)行回調(diào)，直到隊(duì)列清空或執(zhí)行回調(diào)數(shù)達(dá)到系統(tǒng)上限。

poll隊(duì)列為空的時(shí)候，這里有兩種情況。

如果代碼已經(jīng)被setImmediate()設(shè)定了回調(diào)，那么事件循環(huán)直接結(jié)束poll階段進(jìn)入check階段來執(zhí)行check隊(duì)列里的回調(diào)。

如果代碼沒有被設(shè)定setImmediate()設(shè)定回調(diào)：

如果有被設(shè)定的timers，那么此時(shí)事件循環(huán)會(huì)檢查timers，如果有一個(gè)或多個(gè)timers下限時(shí)間已經(jīng)到達(dá)，那么事件循環(huán)將繞回timers階段，并執(zhí)行timers的有效回調(diào)隊(duì)列。

如果沒有被設(shè)定timers，這個(gè)時(shí)候事件循環(huán)是阻塞在poll階段等待事件回調(diào)被加入poll隊(duì)列。

Poll階段，當(dāng)js層代碼注冊(cè)的事件回調(diào)都沒有返回的時(shí)候，事件循環(huán)會(huì)暫時(shí)阻塞在poll階段，解除阻塞的條件：

在poll階段執(zhí)行的時(shí)候，會(huì)傳入一個(gè)timeout超時(shí)時(shí)間，該超時(shí)時(shí)間就是poll階段的最大阻塞時(shí)間。
timeout時(shí)間未到的時(shí)候，如果有事件返回，就執(zhí)行該事件注冊(cè)的回調(diào)函數(shù)。timeout超時(shí)時(shí)間到了，則退出poll階段，執(zhí)行下一個(gè)階段。

這個(gè) timeout 設(shè)置為多少合適呢? 答案就是 Timer Phase 中最近要執(zhí)行的回調(diào)啟動(dòng)時(shí)間到現(xiàn)在的差值, 假設(shè)這個(gè)差值是 detal. 因?yàn)?Poll Phase 后面沒有等待執(zhí)行的回調(diào)了. 所以這里最多等待 delta 時(shí)長(zhǎng), 如果期間有事件喚醒了消息循環(huán), 那么就繼續(xù)下一個(gè) Phase 的工作; 如果期間什么都沒發(fā)生, 那么到了 timeout 后, 消息循環(huán)依然要進(jìn)入后面的 Phase, 讓下一個(gè)迭代的 Timer Phase 也能夠得到執(zhí)行. 
Nodejs 就是通過 Poll Phase, 對(duì) IO 事件的等待和內(nèi)核異步事件的到達(dá)來驅(qū)動(dòng)整個(gè)消息循環(huán)的.

這個(gè)階段只處理 setImmediate 的回調(diào)函數(shù).
那么為什么這里要有專門一個(gè)處理 setImmediate 的 階段 呢? 簡(jiǎn)單來說, 是因?yàn)?Poll 階段可能設(shè)置一些回調(diào), 希望在 Poll 階段 后運(yùn)行. 所以在 Poll 階段 后面增加了這個(gè) Check 階段.

專門處理一些 close 類型的回調(diào). 比如 socket.on("close", ...). 用于資源清理.

1、node初始化

初始化node環(huán)境

執(zhí)行輸入的代碼

執(zhí)行process.nextTick回調(diào)

執(zhí)行微任務(wù)(microtasks)

2、進(jìn)入事件循環(huán)

2.1、進(jìn)入Timer階段

檢查Timer隊(duì)列是否有到期的Timer的回調(diào)，如果有，將到期的所有Timer回調(diào)按照TimerId升序執(zhí)行

檢查是否有process.nextTick任務(wù)，如果有，全部執(zhí)行

檢查是否有微任務(wù)(promise)，如果有，全部執(zhí)行

退出該階段

2.2、進(jìn)入Pending I/O Callback階段

檢查是否有Pending I/O Callback的回調(diào)，如果有，執(zhí)行回調(diào)。如果沒有退出該階段

檢查是否有process.nextTick任務(wù)，如果有，全部執(zhí)行

檢查是否有微任務(wù)(promise)，如果有，全部執(zhí)行

退出該階段

2.3、進(jìn)入idle，prepare階段

這個(gè)階段與JavaScript關(guān)系不大，略過

2.4、進(jìn)入Poll階段

首先檢查是否存在尚未完成的回調(diào)，如果存在，分如下兩種情況：

第一種情況：有可執(zhí)行的回調(diào)

執(zhí)行所有可用回調(diào)(包含到期的定時(shí)器還有一些IO事件等)

檢查是否有process.nextTick任務(wù)，如果有，全部執(zhí)行

檢查是否有微任務(wù)(promise)，如果有，全部執(zhí)行

退出該階段

第二種情況：沒有可執(zhí)行的回調(diào)

檢查是否有immediate回調(diào)，如果有，退出Poll階段。如果沒有，阻塞在此階段，等待新的事件通知

如果不存在尚未完成的回調(diào)，退出Poll階段

2.5、進(jìn)入check階段

如果有immediate回調(diào)，則執(zhí)行所有immediate回調(diào)

檢查是否有process.nextTick任務(wù)，如果有，全部執(zhí)行

檢查是否有微任務(wù)(promise)，如果有，全部執(zhí)行

退出該階段

2.6、進(jìn)入closing階段

如果有immediate回調(diào)，則執(zhí)行所有immediate回調(diào)

檢查是否有process.nextTick任務(wù)，如果有，全部執(zhí)行

檢查是否有微任務(wù)(promise)，如果有，全部執(zhí)行

退出該階段

3、檢查是否有活躍的handles(定時(shí)器、IO等事件句柄)

如果有，繼續(xù)下一輪事件循環(huán)

如果沒有，結(jié)束事件循環(huán)，退出程序

注意：

事件循環(huán)的每一個(gè)子階段退出之前都會(huì)按順序執(zhí)行如下過程：

檢查是否有 process.nextTick 回調(diào)，如果有，全部執(zhí)行。

檢查是否有 微任務(wù)(promise)，如果有，全部執(zhí)行。

事件循環(huán)隊(duì)列先保證所有的process.nextTick回調(diào)，然后將所有的Promise回調(diào)追加在后面，最終在每個(gè)階段結(jié)束的時(shí)候一次性拿出來執(zhí)行。

此外，process.nextTick和Promise回調(diào)的數(shù)量是受限制的，也就是說，如果一直往這個(gè)隊(duì)列中加入回調(diào)，那么整個(gè)事件循環(huán)就會(huì)被卡住。

這兩個(gè)方法的回調(diào)到底誰快？

如下面的例子：

setImmediate(() => console.log(2))
setTimeout(() => console.log(1))

使用nodejs多次執(zhí)行后，發(fā)現(xiàn)輸出結(jié)果有時(shí)是1 2,有時(shí)是2 1。

對(duì)于多次執(zhí)行輸出結(jié)果不同，需要了解事件循環(huán)的基礎(chǔ)問題。

首先,Nodejs啟動(dòng),初始化環(huán)境后加載我們的JS代碼(index.js).發(fā)生了兩件事(此時(shí)尚未進(jìn)入消息循環(huán)環(huán)節(jié)):

setImmediate 向 Check 階段 中添加了回調(diào) console.log(2); 
setTimeout 向 Timer 階段 中添加了回調(diào) console.log(1)

這時(shí)候, 要初始化階段完畢, 要進(jìn)入 Nodejs 消息循環(huán)了。

為什么會(huì)有兩種輸出呢? 接下來一步很關(guān)鍵:

當(dāng)執(zhí)行到 Timer 階段 時(shí), 會(huì)發(fā)生兩種可能. 因?yàn)槊恳惠喌鷦倓傔M(jìn)入 Timer 階段 時(shí)會(huì)取系統(tǒng)時(shí)間保存起來, 以 ms(毫秒) 為最小單位.

如果 Timer 階段 中回調(diào)預(yù)設(shè)的時(shí)間 > 消息循環(huán)所保存的時(shí)間, 則執(zhí)行 Timer 階段 中的該回調(diào). 這種情況下先輸出 1, 直到 Check 階段 執(zhí)行后,輸出2.總的來說, 結(jié)果是 1 2.

如果運(yùn)行比較快, Timer 階段 中回調(diào)預(yù)設(shè)的時(shí)間可能剛好等于消息循環(huán)所保存的時(shí)間, 這種情況下, Timer 階段 中的回調(diào)得不到執(zhí)行, 則繼續(xù)下一個(gè) 階段. 直到 Check 階段, 輸出 2. 然后等下一輪迭代的 Timer 階段, 這時(shí)的時(shí)間一定是滿足 Timer 階段 中回調(diào)預(yù)設(shè)的時(shí)間 > 消息循環(huán)所保存的時(shí)間 , 所以 console.log(1) 得到執(zhí)行, 輸出 1. 總的來說, 結(jié)果就是 2 1.

所以, 輸出不穩(wěn)定的原因就取決于進(jìn)入 Timer 階段 的時(shí)間是否和執(zhí)行 setTimeout 的時(shí)間在 1ms 內(nèi). 如果把代碼改成如下, 則一定會(huì)得到穩(wěn)定的輸出:

require("fs").readFile("my-file-path.txt", () => {
 setImmediate(() => console.log(2))
 setTimeout(() => console.log(1))
});

這是因?yàn)橄⒀h(huán)在 Pneding I/O Phase 才向 Timer 和 Check 隊(duì)列插入回調(diào). 這時(shí)按照消息循環(huán)的執(zhí)行順序, Check 一定在 Timer 之前執(zhí)行。

從性能角度講, setTimeout 的處理是在 Timer Phase, 其中 min heap 保存了 timer 的回調(diào), 因此每執(zhí)行一個(gè)回調(diào)的同時(shí)都會(huì)涉及到堆調(diào)整. 而 setImmediate 僅僅是清空一個(gè)隊(duì)列. 效率自然會(huì)高很多.

再從執(zhí)行時(shí)機(jī)上講. setTimeout(..., 0) 和 setImmediate 完全屬于兩個(gè)階段.

下面以一段代碼來說明nodejs運(yùn)行JavaScript的機(jī)制。

如下面一段代碼：

setTimeout(() => {                                                // settimeout1
  console.log("1")
  new Promise((resolve) => { console.log("2"); resolve(); })      // Promise3
  .then(() => { console.log("3") })
  new Promise((resolve)=> { console.log("4"); resolve()})         // Promise4
  .then(() => { console.log("5") })
  setTimeout(() => {                                              // settimeout3
    console.log("6")
    setTimeout(() => {                                            // settimeout5
      console.log("7")
      new Promise((resolve) => { console.log("8"); resolve() })   // Promise5
      .then( () => {  console.log("9") })
      new Promise((resolve) => { console.log("10"); resolve() })  // Promise6
      .then(() => {  console.log("11") })
    })
    setTimeout(() => { console.log("12") }, 0)                    // settimeout6
  })
  setTimeout(() => { console.log("13") }, 0)                      // settimeout4
})
setTimeout(() => { console.log("14") }, 0)                        // settimeout2
new Promise((resolve) => { console.log("15"); resolve() })        // Promise1
.then( ()=> { console.log("16") })
new Promise((resolve) => { console.log("17"); resolve() })        // Promise2
.then(() => { console.log("18") })

上面代碼執(zhí)行過程：

node初始化

執(zhí)行JavaScript代碼

遇到setTimeout, 把回調(diào)函數(shù)放到Timer隊(duì)列中，記為settimeout1

遇到setTimeout, 把回調(diào)函數(shù)放到Timer隊(duì)列中，記為settimeout2

遇到Promise，執(zhí)行，輸出15，把回調(diào)函數(shù)放到微任務(wù)隊(duì)列，記為Promise1

遇到Promise，執(zhí)行，輸出17，把回調(diào)函數(shù)放到微任務(wù)隊(duì)列，記為Promise2

代碼執(zhí)行結(jié)束，此階段輸出結(jié)果：15 17

沒有process.nextTick回調(diào)，略過

執(zhí)行微任務(wù)

檢查微任務(wù)隊(duì)列是否有可執(zhí)行回調(diào)，此時(shí)隊(duì)列有2個(gè)回調(diào)：Promise1、Promise2

執(zhí)行Promise1回調(diào)，輸出16

執(zhí)行Promise2回調(diào)，輸出18

此階段輸出結(jié)果：16 18

進(jìn)入第一次事件循環(huán)

進(jìn)入Timer階段

檢查Timer隊(duì)列是否有可執(zhí)行的回調(diào)，此時(shí)隊(duì)列有2個(gè)回調(diào)：settimeout1、settimeout2

執(zhí)行settimeout1回調(diào)：

輸出1、2、4

添加了2個(gè)微任務(wù)，記為Promise3、Promise4

添加了2個(gè)Timer任務(wù)，記為settimeout3、settimeout4

執(zhí)行settimeout2回調(diào)，輸出14

Timer隊(duì)列任務(wù)執(zhí)行完畢

沒有process.nextTick回調(diào)，略過

檢查微任務(wù)隊(duì)列是否有可執(zhí)行回調(diào)，此時(shí)隊(duì)列有2個(gè)回調(diào)：Promise3、Promise4

按順序執(zhí)行2個(gè)微任務(wù)，輸出3、5

此階段輸出結(jié)果：1 2 4 14 3 5

Pending I/O Callback階段沒有任務(wù)，略過

進(jìn)入 Poll 階段

檢查是否存在尚未完成的回調(diào)，此時(shí)有2個(gè)回調(diào)：settimeout3、settimeout4

執(zhí)行settimeout3回調(diào)

輸出6

添加了2個(gè)Timer任務(wù)，記為settimeout5、settimeout6

執(zhí)行settimeout4回調(diào)，輸出13

沒有process.nextTick回調(diào)，略過

沒有微任務(wù)，略過

此階段輸出結(jié)果：6 13

check、closing階段沒有任務(wù)，略過

檢查是否還有活躍的handles(定時(shí)器、IO等事件句柄),有，繼續(xù)下一輪事件循環(huán)

進(jìn)入第二次事件循環(huán)

進(jìn)入Timer階段

檢查Timer隊(duì)列是否有可執(zhí)行的回調(diào)，此時(shí)隊(duì)列有2個(gè)回調(diào)：settimeout5、settimeout6

執(zhí)行settimeout5回調(diào)：

輸出7、 8、10

添加了2個(gè)微任務(wù)，記為Promise5、Promise6

執(zhí)行settimeout6回調(diào)，輸出12

沒有process.nextTick回調(diào)，略過

檢查微任務(wù)隊(duì)列是否有可執(zhí)行回調(diào)，此時(shí)隊(duì)列有2個(gè)回調(diào)：Promise5、Promise6

按順序執(zhí)行2個(gè)微任務(wù)，輸出9、11

此階段輸出結(jié)果：7 8 10 12 9 11

Pending I/O Callback、Poll、check、closing階段沒有任務(wù)，略過

檢查是否還有活躍的handles(定時(shí)器、IO等事件句柄),沒有了，結(jié)束事件循環(huán)，退出程序

程序執(zhí)行結(jié)束，輸出結(jié)果：15 17 16 18 1 2 4 14 3 5 6 13 7 8 10 12 9 11

深入分析Node.js事件循環(huán)與消息隊(duì)列

剖析nodejs的事件循環(huán)

Node中的事件循環(huán)和異步API

Node.js Event Loop nodejs官網(wǎng)