深入浅析Node事件循环中的微任务队列

在 之前的文章 中，我们了解到事件循环是 Node.js 的一个关键部分，用于协调同步和异步代码的执行。

它由六个不同的队列组成。一个 nextTick 队列和一个 Promise 队列（被称为微任务队列）、一个计时器队列、一个 I/O 队列、一个检查队列，最后是关闭队列。【相关教程推荐：nodejs视频教程、编程教学】

在每次循环中，回调函数会在适当时出队（dequeued）并在调用栈上执行。从本文开始，我们会进行一些实验以确保我们对事件循环的理解是正确的。

我们的第一组实验，将重点关注 nextTick 队列 和 Promise 队列。但在深入实验之前，需要先了解如何将回调函数排到队列中。

注意：所有实验都是使用 CommonJS 模块格式进行的。

入队回调函数

要将回调函数加入到 nextTick 队列中，我们可以使用内置的 process.nextTick() 方法。语法很简单：process.nextTick(callbackFn)。当该方法在调用栈上执行时，回调函数将被加入到 nextTick 队列中。

要将回调函数加入到 Promise 队列中，我们需要使用 Promise.resolve().then(callbackFn)。当 Promise 解决时（resolve），传递给 then() 的回调函数将被入队到 Promise 队列中。

现在我们已经了解了如何向两个队列添加回调函数，让我们开始第一个实验吧。

实验一

代码

// index.js
console.log("console.log 1");
process.nextTick(() => console.log("this is process.nextTick 1"));
console.log("console.log 2");

这段代码，记录了三个不同的语句。第二个语句使用 process.nextTick() 将回调函数排入 nextTick 队列。

可视化

第一个 console.log() 语句被推入调用栈中执行。它在控制台中记录相应的消息，然后弹出堆栈。

接下来，在调用栈上执行 process.nextTick()，将回调函数入队到 nextTick 队列，并弹出。此时仍有用户编写的代码需要执行，因此回调函数必须等待其轮到。

执行继续进行，最后一个 console.log() 语句被推入堆栈中，该消息记录在控制台中，并将该函数从调用栈中弹出。现在，没有更多的用户编写同步代码需要执行，因此控制权进入事件循环。

nextTick 队列中的回调函数被推入调用栈，console.log() 被推入调用栈并且执行，在控制台记录相应的消息。

console.log 1
console.log 2
this is process.nextTick 1

推论

所有用户编写的同步 JavaScript 代码优先于异步代码执行。

让我们继续进行第二个实验。

实验二

代码

// index.js
Promise.resolve().then(() => console.log("this is Promise.resolve 1"));
process.nextTick(() => console.log("this is process.nextTick 1"));

我们有一个 Promise.resolve().then() 调用和一个 process.nextTick() 调用。

可视化

当调用栈执行第 1 行时，它将回调函数排队到 Promise 队列中；当调用栈执行第 2 行时，它将回调函数排队到 nextTick 队列中。

第 2 行后没有代码需要执行。

控制权进入事件循环，在其中 nextTick 队列优先于 Promise 队列（这是 Node.js 运行时的工作方式）。

事件循环执行 nextTick 队列回调函数，然后再执行 Promise 队列回调函数。

控制台显示“this is process.nextTick 1”，然后是“this is Promise.resolve 1”。

this is process.nextTick 1
this is Promise.resolve 1

推论

nextTick 队列中的所有回调函数优先于 Promise 队列中的回调函数执行。

让我带你走一遍上述第二个实验的更详细版本。

福利实验

代码

// index.js
process.nextTick(() => console.log("this is process.nextTick 1"));
process.nextTick(() => {
  console.log("this is process.nextTick 2");
  process.nextTick(() =>
    console.log("this is the inner next tick inside next tick")
  );
});
process.nextTick(() => console.log("this is process.nextTick 3"));

Promise.resolve().then(() => console.log("this is Promise.resolve 1"));
Promise.resolve().then(() => {
  console.log("this is Promise.resolve 2");
  process.nextTick(() =>
    console.log("this is the inner next tick inside Promise then block")
  );
});
Promise.resolve().then(() => console.log("this is Promise.resolve 3"));

该代码包含三个 process.nextTick() 调用和三个 Promise.resolve() 调用语句。每个回调函数记录适当的消息。

但是，第二个 process.nextTick() 和第二个 Promise.resolve() 都有一个额外的 process.nextTick() 语句，每个都带有一个回调函数。

可视化

为了加快对此可视化的解释，我将省略调用栈讲解。当调用栈执行所有 6 个语句时，nextTick 队列中有 3 个回调函数，Promise 队列中也有 3 个回调函数。没有其他要执行的内容后，控制权进入事件循环。

我们知道，nextTick 队列中具有高优先级。首先执行第 1 个回调函数，并将相应的消息记录到控制台中。

接下来，执行第 2 个回调函数，记录了第 2 条日志语句。但是，这个回调函数包含另一个对 process.nextTick() 的调用，该方法内的回调函数（译注：即() => console.log("this is the inner next tick inside next tick")）入队到nextTick 队列末尾。

然后 Node.js 执行第 3 个回调函数并将相应消息记录到控制台上。最初只有 3 个回调，但是因为第 2 次时向nextTick 队列又添加了一个，所以变成 4 个了。

事件循环将第 4 个回调函数推入调用栈，执行 console.log() 语句。

接着处理完 nextTick 队列之后，控制流程进入到 Promise 队列。Promise 队列与 nextTick 队列处理方式类似。

首先记录“Promise.resolve 1”，然后是“Promise.resolve 2”，这时因为调用 process.nextTick() 的原因，一个函数（译注：即 () => console.log("this is the inner next tick inside Promise then block") ） 被推入 nextTick 队列了。尽管如此，控制流程仍停留在 Promise 队列，因此还会继续执行队列中的其他函数。然后我们得到“Promise.resolve 3”，此时 Promise 队列为空。

Node.js 将再次检查微任务队列中是否有新的回调。由于 nextTick 队列中有一个回调，因此会执行这个回调，导致我们的最后一条日志输出。

this is process.nextTick 1
this is process.nextTick 2
this is process.nextTick 3
this is the inner next tick inside next tick
this is Promise.resolve 1
this is Promise.resolve 2
this is Promise.resolve 3
this is the inner next tick inside Promise then block

这可能是一个稍微高级的实验，但推论仍然相同。

推论

nextTick 队列中的所有回调函数优先于 Promise 队列中的回调函数执行。

使用 process.nextTick() 时要小心。过度使用此方法可能会导致事件循环饥饿，从而阻止队列中的其余部分运行。当存在大量的 nextTick() 调用时，I/O 队列是无法执行自己的回调函数的。官方文档建议使用 process.nextTick() 的两个主要场景：处理错误或在调用栈为空事件循环继续之前执行回调用。所以在使用 process.nextTick() 时，要明智一些。

总结

实验表明，用户编写的所有同步 JavaScript 代码优先于异步代码执行，并且 nextTick 队列中的所有回调函数优先于 Promise 队列中的回调函数执行。

原文链接：Visualizing nextTick and Promise Queues in Node.js Event Loop，2023年3月30日，by Vishwas Gopinath

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