Node.js 事件循环

Node.js 是基于事件驱动的异步 I/O 运行环境。理解事件循环（Event Loop）是掌握 Node.js 高性能开发的关键。

什么是事件循环？

事件循环是 Node.js 处理非阻塞 I/O 操作的机制。尽管 JavaScript 是单线程的，但通过将操作转移到系统内核（如网络请求、文件读取），Node.js 能够实现并发处理。

事件循环的六个阶段

当 Node.js 启动时，它会初始化事件循环。事件循环包含以下六个主要阶段，它们会按顺序循环执行：

  1. timers（定时器）：执行 setTimeout() 和 setInterval() 的回调。
  2. pending callbacks（待定回调）：执行延迟到下一个循环迭代的 I/O 回调（例如 TCP 错误）。
  3. idle, prepare：仅限内部使用。
  4. poll（轮询）：检索新的 I/O 事件；执行与 I/O 相关的回调。
  5. check（检查）：执行 setImmediate() 的回调。
  6. close callbacks（关闭回调）：执行关闭事件的回调，如 socket.on('close', ...)。

宏任务 vs 微任务

在 Node.js 中，除了上述阶段的任务（宏任务），还有微任务（Microtasks）：

  • process.nextTick()：优先级最高，在当前操作完成后、事件循环继续之前立即执行。
  • Promise.then()：在 process.nextTick() 之后、下一个事件循环阶段之前执行。

执行顺序示例

让我们通过一段代码来验证执行顺序：

const fs = require('fs');

console.log('1. Start');

setTimeout(() => {
  console.log('2. setTimeout (Timer Phase)');
}, 0);

setImmediate(() => {
  console.log('3. setImmediate (Check Phase)');
});

fs.readFile(__filename, () => {
  console.log('4. File Read (Poll Phase)');
  
  setTimeout(() => {
    console.log('5. setTimeout inside I/O');
  }, 0);
  
  setImmediate(() => {
    console.log('6. setImmediate inside I/O');
  });
});

process.nextTick(() => {
  console.log('7. process.nextTick (Microtask)');
});

Promise.resolve().then(() => {
  console.log('8. Promise (Microtask)');
});

console.log('9. End');

预期输出结果：

  1. 1. Start (同步)
  2. 9. End (同步)
  3. 7. process.nextTick (微任务最高优先级)
  4. 8. Promise (微任务)
  5. 2. setTimeout 或 3. setImmediate (取决于系统性能，通常 timer 优先)
  6. 4. File Read (I/O 回调在 Poll 阶段)
  7. 6. setImmediate inside I/O (Poll 阶段后紧跟 Check 阶段)
  8. 5. setTimeout inside I/O (下一轮循环的 Timer 阶段)

总结

  • 事件循环是 Node.js 异步特性的核心。
  • 微任务（nextTick 和 Promise）会在每个阶段之间“插队”执行。
  • 在 I/O 回调中，setImmediate 总是比 setTimeout 先执行，因为 Poll 阶段后面紧跟着 Check 阶段。