了解Node.js中的定時器

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#timer 用於安排函數在未來某個時間點被調用，Node .js 中的定時器函數實作了與Web 瀏覽器提供的定時器API 類似的API，但是使用了事件循環實現，Node.js 中有四個相關的方法

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

• setInterval(callback[, ...args])

• setImmediate (callback[, ...args])

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

前兩個意義和web 上的是一致的，後兩個是Node.js 獨有的，效果看起來就是setTimeout(callback, 0)，在Node.js 程式設計中使用的最多

Node.js 不保證回調被觸發的確切時間，也不保證它們的順序，回調會在盡可能接近指定的時間被呼叫。 setTimeout 當delay 大於2147483647 或小於1 時，則delay 將會被設為1， 非整數的delay 會被截斷為整數

#奇怪的執行順序

##看一個範例，用幾種方法分別非同步列印一個數字

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

會列印5 4 3 2 1 或5 4 3 1 2

同步& 非同步

第五行是同步執行，其它都是非同步的

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);

所以先列印5，這個很好理解，剩下的都是非同步操作，Node.js 按照什麼順序執行呢？

event loop

Node.js 啟動後會初始化事件輪詢，過程中可能會處理非同步呼叫、定時器調度和process.nextTick()，然後開始處理event loop 。官網中有這樣一張圖用來介紹 event loop 操作順序

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

event loop 的每個階段都有一個任務隊列，當event loop 進入給定的階段時，將執行該階段的任務隊列，直到隊列清空或執行的回調達到系統上限後，才會轉入下一個階段，當所有階段被順序執行一次後，稱event loop 完成了一個tick

異步操作都被放到了下在一個event loop tick 中，process.nextTick 在進入下一次event loop tick 之前執行，所以肯定在其它非同步操作之前

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);

各個階段主要任務

• #timers：執行setTimeout、setInterval 回呼

• #pending callbacks：執行I/O（檔案、網路等） 回呼

• idle, prepare：僅供系統內部呼叫

• #poll：取得新的I/O 事件，執行相關回調，在適當條件下把阻塞node

• check：setImmediate 回呼在此階段執行

• close callbacks：執行socket 等的close 事件回呼

#日常開發中絕大部分非同步任務都是在timers、poll、check 階段處理的

timers

Node.js 會在timers 階段檢查是否有過期的timer，如果存在則把回調放到timer 佇列中等待執行，Node.js 使用單線程，受限於主執行緒空閒情況和機器其它進程影響，並不能保證timer 依照精確時間執行

定時器主要有兩種

• Immediate

• Timeout

Immediate 類型的計時器回調會在

check 階段被調用，Timeout 計時器會在設定的時間過期後儘快的調用回調，但

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

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

多次執行會發現列印的順序不一樣

##poll

poll 階段主要有兩個任務

##計算應該要阻塞和輪詢I/O 的時間

• 然後，處理poll 佇列裡的事件

• 當event loop進入poll 階段且沒有被調度的計時器時

如果poll 隊列不是空的，event loop 將循環訪問回調隊列並同步執行，直到隊列已用盡或達到了系統或達到最大回呼數

如果poll 佇列是空的
• 如果有 setImmediate() 任務，event loop 會在結束
• poll
  階段後進入 
  • check 階段如果沒有 setImmediate()任務，event loop 阻塞在poll
  階段等待回呼被加入到佇列中，然後立即執行
  一旦
poll

隊列為空，event loop 將檢查timer 隊列是否為空，如果非空則進入下一輪event loop

上面提到如果在不同的I/O 裡，不能確定 setTimeout 和setImmediate 的執行順序，但如果setTimeout 和setImmediate 在一個I/O 回調裡，肯定是setImmediate 先執行，因為在poll 階段檢查到有 setImmediate() 任務，event loop 直接進入check 階段執行回調setImmediate event loop 直接進入check 階段執行回調setImmediate

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

check
在該階段執行setImmediate 回呼

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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