Node.js 中的事件循環：管理非同步操作

Node.js 以其非阻塞、非同步特性而聞名，事件循環是這種行為的核心。它確保主線程保持暢通，允許多個操作高效運行，而無需等待彼此完成。在本文中，我們將探討事件循環的工作原理，分解其六個階段，並討論防止阻塞的策略。

了解 Node.js 中的事件循環

Node.js 中的事件循環可以實現非同步處理，避免主執行緒的阻塞。它分六個階段運行：

理解 Node.js 中的事件循環

事件循環是一種負責處理非同步操作的機制。每當 I/O 或計時器等操作完成時，事件循環就會決定何時執行該操作的回呼。這種設計允許 Node.js 在不阻塞主執行緒的情況下處理多個請求，確保應用程式的高效能。

事件循環的六個階段

事件循環以循環方式運行，經過六個不同的階段。每個階段都有特定的目的，並相應地執行回調。

1。定時器階段

此階段執行由 setTimeout 和 setInterval 調度的回呼。如果指定的時間延遲已過期，則會在此處執行關聯的回呼。

範例：

setTimeout(() => {
  console.log('Executed after 1 second.');
}, 1000);
console.log('Timer scheduled.');

輸出：

Timer scheduled.
Executed after 1 second.

即使延遲為 1000 毫秒，setTimeout 也會在目前事件循環完成後執行。

setInterval 範例

let count = 0;
const intervalId = setInterval(() => {
  console.log(`Interval executed: ${++count}`);
  if (count === 3) clearInterval(intervalId);
}, 500);

2。待處理回呼階段

在此階段，事件循環處理從上一個週期延遲的 I/O 回呼。這些回調處理錯誤和非阻塞 I/O 操作。

範例：

const fs = require('fs');
fs.readFile('file.txt', (err, data) => {
  if (err) console.error(err);
  else console.log(data.toString());
});

輸出:

Read operation scheduled.
File content:<contents of example.txt>
</contents>

3。空閒，準備階段

此階段由 Node.js 在內部使用，為系統下一輪輪詢做好準備。您不會直接與此階段交互，但我們可以透過關注內部輪詢設定。

等任務來模擬與其相關的一些行為。

TCP 伺服器設定範例（準備狀態）

const net = require('net');
const server = net.createServer((socket) => {
  socket.end('Connection closed.');
});

server.listen(8080, () => {
  console.log('Server listening on port 8080.');
});

準備階段初始化該伺服器。一旦準備好，它就會進入輪詢階段，等待傳入的連接。

4。投票階段

在poll階段，事件循環等待新的I/O事件並執行相關回調。如果沒有待處理的事件，它將停留在這個階段，直到新事件發生或計時器準備好執行。

setTimeout(() => {
  console.log('Executed after 1 second.');
}, 1000);
console.log('Timer scheduled.');

這裡，伺服器進入輪詢階段等待HTTP請求。當請求到達時，執行其回調並發送回應。

5。檢查相位

check 階段運行使用 setImmediate 安排的回呼。這些回調在輪詢階段之後執行，無論是否有暫停的 I/O 操作。

範例：

Timer scheduled.
Executed after 1 second.

輸出：

let count = 0;
const intervalId = setInterval(() => {
  console.log(`Interval executed: ${++count}`);
  if (count === 3) clearInterval(intervalId);
}, 500);

6。關閉回呼階段

此階段處理清理作業。例如，與關閉網路連線相關的回調，例如 socket.on('close') 都會在此執行。

const fs = require('fs');
fs.readFile('file.txt', (err, data) => {
  if (err) console.error(err);
  else console.log(data.toString());
});

輸出:

Read operation scheduled.
File content:<contents of example.txt>
</contents>

當客戶端斷開連線時，close回呼階段會執行socket.on('close')回呼。

阻止事件循環

雖然事件循環旨在有效管理非同步操作，但阻塞循環會降低效能。如果主執行緒陷入繁重的計算或同步操作，它會阻止其他回呼的執行。這可能會導致延遲並使您的應用程式無回應。

當您在主執行緒上執行 CPU 密集型任務（例如大型運算）時，它會阻塞事件循環。以下是如何使用工作線程來防止阻塞。

阻塞事件循環的範例

const net = require('net');
const server = net.createServer((socket) => {
  socket.end('Connection closed.');
});

server.listen(8080, () => {
  console.log('Server listening on port 8080.');
});

輸出：

const http = require('http');

const server = http.createServer((req, res) => {
  res.end('Hello from server!');
});

server.listen(3000, () => {
  console.log('Server running on http://localhost:3000');
});

在此範例中，在 5 秒的阻塞期內，任何其他操作都無法運行，從而導致應用程式無回應。

解決方案：使用工作執行緒

setImmediate(() => {
  console.log('Executed in check phase.');
});

setTimeout(() => {
  console.log('Executed in timers phase.');
}, 0);

console.log('Main code executed.');

輸出:

Main code executed.
Executed in check phase.
Executed in timers phase.

這裡，阻塞計算在單獨的執行緒中運行，使事件循環可以自由地處理其他任務。

如何避免阻塞事件循環

使用工作執行緒執行 CPU 密集型任務：

Node.js 提供了 工作執行緒 模組來處理諸如 影像處理、加密或複雜計算等任務。這允許繁重的操作並行運行，從事件循環中卸載工作。

工作執行緒的範例：

setTimeout(() => {
  console.log('Executed after 1 second.');
}, 1000);
console.log('Timer scheduled.');

將大任務分解為小塊：

使用非同步函數或 setImmediate 將大型任務劃分為較小的非阻塞操作。

範例：

Timer scheduled.
Executed after 1 second.

結論

事件循環是Node.js的核心元件，負責高效率管理非同步操作。透過了解其六個階段——計時器、掛起的回調、空閒和準備、輪詢、檢查、和關閉回調——開發人員可以編寫流暢執行的非阻塞代碼。然而，避免因大量計算而阻塞事件循環至關重要。利用工作執行緒等工具可確保您的應用程式保持快速且反應迅速。掌握事件循環將使您能夠建立可擴展且高效能的 Node.js 應用程式。

以上是Node.js 中的事件循環：管理非同步操作的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！