了解Node.js中的定时器

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timer 用于安排函数在未来某个时间点被调用，Node.js 中的定时器函数实现了与 Web 浏览器提供的定时器 API 类似的 API，但是使用了事件循环实现，Node.js 中有四个相关的方法

• setTimeout(callback, delay[, ...args])

• setInterval(callback[, ...args])

• setImmediate(callback[, ...args])

• process.nextTick(callback[, ...args])

前两个含义和 web 上的是一致的，后两个是 Node.js 独有的，效果看起来就是 setTimeout(callback, 0)，在 Node.js 编程中使用的最多

Node.js 不保证回调被触发的确切时间，也不保证它们的顺序，回调会在尽可能接近指定的时间被调用。setTimeout 当 delay 大于 2147483647 或小于 1 时，则 delay 将会被设置为 1， 非整数的 delay 会被截断为整数

奇怪的执行顺序

看一个示例，用几种方法分别异步打印一个数字

setImmediate(console.log, 1);
setTimeout(console.log, 1, 2);
Promise.resolve(3).then(console.log);
process.nextTick(console.log, 4);
console.log(5);

会打印 5 4 3 2 1 或者 5 4 3 1 2

同步 & 异步

第五行是同步执行，其它都是异步的

setImmediate(console.log, 1);
setTimeout(console.log, 1, 2);
Promise.resolve(3).then(console.log);
process.nextTick(console.log, 4);
/****************** 同步任务和异步任务的分割线 ********************/
console.log(5);

所以先打印 5，这个很好理解，剩下的都是异步操作，Node.js 按照什么顺序执行呢？

event loop

Node.js 启动后会初始化事件轮询，过程中可能处理异步调用、定时器调度和 process.nextTick()，然后开始处理event loop。官网中有这样一张图用来介绍 event loop 操作顺序

┌───────────────────────────┐
┌─>│           timers          │
│  └─────────────┬─────────────┘
│  ┌─────────────┴─────────────┐
│  │     pending callbacks     │
│  └─────────────┬─────────────┘
│  ┌─────────────┴─────────────┐
│  │       idle, prepare       │
│  └─────────────┬─────────────┘      ┌───────────────┐
│  ┌─────────────┴─────────────┐      │   incoming:   │
│  │           poll            │<─────┤  connections, │
│  └─────────────┬─────────────┘      │   data, etc.  │
│  ┌─────────────┴─────────────┐      └───────────────┘
│  │           check           │
│  └─────────────┬─────────────┘
│  ┌─────────────┴─────────────┐
└──┤      close callbacks      │
   └───────────────────────────┘

event loop 的每个阶段都有一个任务队列，当 event loop 进入给定的阶段时，将执行该阶段的任务队列，直到队列清空或执行的回调达到系统上限后，才会转入下一个阶段，当所有阶段被顺序执行一次后，称 event loop 完成了一个 tick

异步操作都被放到了下一个 event loop tick 中，process.nextTick 在进入下一次 event loop tick 之前执行，所以肯定在其它异步操作之前

setImmediate(console.log, 1);
setTimeout(console.log, 1, 2);
Promise.resolve(3).then(console.log);
/****************** 下次 event loop tick 分割线 ********************/
process.nextTick(console.log, 4);
/****************** 同步任务和异步任务的分割线 ********************/
console.log(5);

各个阶段主要任务

• timers：执行 setTimeout、setInterval 回调

• pending callbacks：执行 I/O（文件、网络等） 回调

• idle, prepare：仅供系统内部调用

• poll：获取新的 I/O 事件，执行相关回调，在适当条件下把阻塞 node

• check：setImmediate 回调在此阶段执行

• close callbacks：执行 socket 等的 close 事件回调

日常开发中绝大部分异步任务都是在 timers、poll、check 阶段处理的

timers

Node.js 会在 timers 阶段检查是否有过期的 timer，如果存在则把回调放到 timer 队列中等待执行，Node.js 使用单线程，受限于主线程空闲情况和机器其它进程影响，并不能保证 timer 按照精确时间执行
定时器主要有两种

• Immediate

• Timeout

Immediate 类型的计时器回调会在 check 阶段被调用，Timeout 计时器会在设定的时间过期后尽快的调用回调，但

setTimeout(() => {
  console.log('timeout');
}, 0);

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

多次执行会发现打印的顺序不一样

poll

poll 阶段主要有两个任务

• 计算应该阻塞和轮询 I/O 的时间

• 然后，处理 poll 队列里的事件

当event loop进入 poll 阶段且没有被调度的计时器时

• 如果 poll 队列不是空的 ，event loop 将循环访问回调队列并同步执行，直到队列已用尽或者达到了系统或达到最大回调数
• 如果 poll 队列是空的
  • 如果有 setImmediate() 任务，event loop 会在结束 poll 阶段后进入 check 阶段
  • 如果没有 setImmediate()任务，event loop 阻塞在 poll 阶段等待回调被添加到队列中，然后立即执行

一旦 poll 队列为空，event loop 将检查 timer 队列是否为空，如果非空则进入下一轮 event loop

上面提到了如果在不同的 I/O 里，不能确定 setTimeout 和 setImmediate 的执行顺序，但如果 setTimeout 和 setImmediate 在一个 I/O 回调里，肯定是 setImmediate 先执行，因为在 poll 阶段检查到有 setImmediate() 任务，event loop 直接进入 check 阶段执行 setImmediate 回调

const fs = require('fs');
fs.readFile(__filename, () => {
  setTimeout(() => {
    console.log('timeout');
  }, 0);
  setImmediate(() => {
    console.log('immediate');
  });
});

check

在该阶段执行 setImmediate 回调

为什么 Promise.then 比 setTimeout 早一些

前端同学肯定都听说过 micoTask 和 macroTask，Promise.then 属于 microTask，在浏览器环境下 microTask 任务会在每个 macroTask 执行最末端调用

在 Node.js 环境下 microTask 会在每个阶段完成之间调用，也就是每个阶段执行最后都会执行一下 microTask 队列

setImmediate(console.log, 1);
setTimeout(console.log, 1, 2);
/****************** microTask 分割线 ********************/
Promise.resolve(3).then(console.log); // microTask 分割线
/****************** 下次 event loop tick 分割线 ********************/
process.nextTick(console.log, 4);
/****************** 同步任务和异步任务的分割线 ********************/
console.log(5);

setImmediate VS process.nextTick

setImmediate 听起来是立即执行，process.nextTick 听起来是下一个时钟执行，为什么效果是反过来的？这就要从那段不堪回首的历史讲起

最开始的时候只有 process.nextTick 方法，没有 setImmediate 方法，通过上面的分析可以看出来任何时候调用 process.nextTick()，nextTick 会在 event loop 之前执行，直到 nextTick 队列被清空才会进入到下一 event loop，如果出现 process.nextTick 的递归调用程序没有被正确结束，那么 IO 的回调将没有机会被执行

const fs = require('fs');

fs.readFile('a.txt', (err, data) => {
	console.log('read file task done!');
});

let i = 0;
function test(){
	if(i++ < 999999) {
  	console.log(`process.nextTick ${i}`);
    process.nextTick(test);
  }
}
test();

执行程序将返回

nextTick 1
nextTick 2
...
...
nextTick 999999
read file task done!

于是乎需要一个不这么 bug 的调用，setImmediate 方法出现了，比较令人费解的是在 process.nextTick 起错名字的情况下，setImmediate 也用了一个错误的名字以示区分。。。

那么是不是编程中应该杜绝使用 process.nextTick 呢？官方推荐大部分时候应该使用 setImmediate，同时对 process.nextTick 的最大调用堆栈做了限制，但 process.nextTick 的调用机制确实也能为我们解决一些棘手的问题

• 允许用户在 even tloop 开始之前 处理异常、执行清理任务

• 允许回调在调用栈 unwind 之后，下次 event loop 开始之前执行

一个类继承了 EventEmitter，而且想在实例化的时候触发一个事件

const EventEmitter = require('events');
const util = require('util');

function MyEmitter() {
  EventEmitter.call(this);
  this.emit('event');
}
util.inherits(MyEmitter, EventEmitter);

const myEmitter = new MyEmitter();
myEmitter.on('event', () => {
  console.log('an event occurred!');
});

在构造函数执行 this.emit('event') 会导致事件触发比事件回调函数绑定早，使用 process.nextTick 可以轻松实现预期效果

const EventEmitter = require('events');
const util = require('util');

function MyEmitter() {
  EventEmitter.call(this);

  // use nextTick to emit the event once a handler is assigned
  process.nextTick(() => {
    this.emit('event');
  });
}
util.inherits(MyEmitter, EventEmitter);

const myEmitter = new MyEmitter();
myEmitter.on('event', () => {
  console.log('an event occurred!');
});

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