Node.js入门：Node.js 事件循环

掘金前端

前端理想哥

2025年1月18日 13:00

大家好，我是前端理想哥！

今天是我们Node.js学习的第五节课，这节课我们来聊一聊Node.js 中一个非常重要的概念：事件循环。很多人听过它，但一提到具体原理就有点懵。别担心，今天我带你从代码角度，通俗易懂地理解事件循环的工作原理。

一、什么是事件循环？

事件循环（Event Loop）是 Node.js 能够执行非阻塞 I/O 操作的核心。尽管 Node.js 只有一个主线程，但通过将 I/O 操作交给操作系统的内核处理，Node.js 能够高效地进行并发操作。

举个例子：你可以把事件循环想象成一个老板，老板有很多任务要完成。每当有新的任务出现，老板就会安排合适的员工去做。当员工完成工作后，老板会拿到结果，再继续安排新任务。这样，老板始终能在最短的时间内处理最多的任务。

二、事件循环的6个阶段

因为Node.js底层使用的语言是libuv，一个c++语言，它用来操作底层的操作系统，然后封装了操作系统的接口，Node 的事件循环也是libuv写的，所以Node的生命周期和浏览器的还是有区别的。

因为Node是和操作系统打交道的，所以它的事件循环更加复杂。

Node.js的事件循环有6个主要阶段，执行原理也很简单，这6个阶段，每个阶段都维护了一个事件队列，当到达一个队列后，会检查队列内是否有任务（也就是看下是否有回调函数）需要执行。如果有，就依次执行，直到全部执行完毕、清空队列。

如果没有，那么就会进入到下一个队列继续检查，直到把6个阶段的队列都检查一遍，算是一个轮询。

接下来，让我们逐一了解这些阶段：

1. timers 计时器

这一阶段主要是用来存放计时器的，像 setTimeout、setInterval等的回调函数

举个例子：

setTimeout(() => {
  console.log("这是一个定时器回调");
}, 100);

定时器回调将在指定的时间之后执行， 但由于事件循环的机制，实际的执行时间可能会有所延迟。

2. pending callbacks 等待回调

这个阶段会处理那些在事件循环的其他阶段中未能及时执行的回调。这些回调通常是一些 I/O 操作的结果，比如网络请求失败、文件读取错误等。该阶段的回调并不依赖于定时器，也不属于其他阶段的任务，而是排队等待在此阶段执行。

举个例子：

const fs = require('fs');

// 异步读取文件
fs.readFile('example.txt', (err, data) => {
  if (err) {
    console.error('Error reading file');
  } else {
    console.log('File content:', data.toString());
  }
});

console.log('File reading initiated...');

解释：

fs.readFile 是异步操作，当事件循环进入 poll 阶段时，文件的读取操作会被排入等待执行的队列中。
如果文件读取完成后，回调函数就会被推送到 pending callbacks 阶段，然后执行该回调输出文件内容。
console.log('File reading initiated...') 是同步代码，优先执行。

执行顺序：

打印：File reading initiated...
在 pending callbacks 阶段执行 fs.readFile 的回调，并打印文件内容。

3. idle, prepare

这两个阶段是Node.js内部使用的阶段，在外部应用开发中我们很少接触到，主要是在事件循环的初期做一些准备工作，主要干两件事：

空闲检测（Idle） ：检查是否有任何可以执行的操作或者是否进入空闲状态，判断当前事件循环是否需要继续。
内部准备（Prepare） ：为后续阶段（尤其是轮询阶段 poll）的事件处理做准备。这个阶段可以看作是事件循环的一个内部“预处理”阶段，它对外部开发者没有直接的影响。

4. poll 轮询

在这个阶段，主要作用是处理 I/O 操作 和 等待新的事件，并决定是否需要进入其他阶段（例如 timers 或 check 阶段）。

具体的流程有四步：

检索新的 I/O 事件：

poll 阶段会检查是否有新的 I/O 操作完成。例如，网络请求、文件操作、数据库查询等。如果有这些操作完成，它会把相关的回调放入事件队列，并在 poll 阶段执行它们。

执行已排队的 I/O 回调：

在 poll 阶段，Node.js 会执行所有排队的 I/O 回调，直到队列为空或者达到系统的最大回调数量限制。

阻塞等待：

如果没有新的 I/O 事件，poll 阶段会阻塞，等待新的事件发生。在此期间，Node.js 会挂起当前线程，直到有事件可以处理。这样避免了 CPU 空转，提高了资源利用效率。

决定是否跳到 check 或 timers 阶段：

如果没有 I/O 事件可处理，poll 阶段会直接跳到 check 阶段去执行 setImmediate() 调度的回调，或者跳回到 timers 阶段去执行定时器回调。

举个例子：

假设我们有一个 Node.js 程序，监听一个文件变化，并在文件发生变化时触发回调。

const fs = require('fs');

// 使用 fs.watch 监听文件变化
fs.watch('somefile.txt', (eventType, filename) => {
  console.log(`File changed: ${filename}`);
});

console.log('Waiting for file change...');

我们从Node事件循环的角度来分析下这段代码的执行：

1. Node.js 启动事件循环后，进入 poll 阶段。
1. fs.watch() 是一个 I/O 操作，它会在底层操作系统等待文件变化的事件。
1. 当文件发生变化时，操作系统会通知 Node.js 内核，Node.js 会把文件变化事件排入事件队列。
1. 在 poll 阶段，Node.js 检测到文件变化事件，并执行回调 console.log()。

5. check

这个阶段的作用是执行通过 setImmediate() 调度的回调。这个阶段通常在 poll 阶段之后执行，主要负责执行那些被标记为“立即执行”的回调。

举个例子：

假设你使用 setImmediate() 调度了一个回调函数：

setImmediate(() => {
  console.log('这是setImmediate回调');
});

这个回调函数会在事件循环进入 check 阶段时执行，无论 poll 阶段是否还有事件未处理。setImmediate() 的回调总是会在轮询阶段结束后立即执行。

6. close callbacks

这个阶段用于处理与资源关闭相关的回调，主要是处理如网络连接、文件句柄或其他需要清理和关闭的资源。

举个例子：

const fs = require('fs');

// 打开一个文件流
const stream = fs.createWriteStream('example.txt');

// 写入数据
stream.write('Hello, world!');

// 监听 'close' 事件
stream.on('close', () => {
  console.log('文件已关闭');
});

// 关闭文件流
stream.end();  // 这时会触发 'close' 事件，并执行回调

在这个例子中，当调用 stream.end() 关闭文件流时，'close' 事件会被触发，然后回调函数会在 close callbacks 阶段执行，输出 '文件已关闭'。

三、关键概念：

在Node时间循环中，有几个关键概念：

setImmediate()和setTimeout()有什么不同？
process.nextTick() 是什么？为什么要使用 process.nextTick()？
process.nextTick()和setImmediate()有什么不同？

这些都是关键概念，因为篇幅有限，我们将放在下节视频，一个个给大家讲清楚。

四、总结

Node.js 的事件循环机制让它能够高效地处理 I/O 操作和异步任务。通过合理使用 process.nextTick()、setImmediate() 和 setTimeout()，我们可以精确控制回调的执行时机，避免阻塞主线程。

对于开发者来说，理解事件循环的工作原理非常重要。它不仅能帮助我们优化性能，还能避免一些常见的代码陷阱。

今天的分享就到这里，大家如果有任何问题，欢迎在评论区留言，我们一起讨论！别忘了点赞、收藏、关注哦！下次见！

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