Node 中的异步 API

定时器：setTimeout、setInterval
I/O 操作：文件读写、数据库操作、网络请求…
Node 独有的 API：process.nextTick、setImmediate

事件循环的流程

Node 的事件循环分为 6 个阶段，这 6 个阶段会按顺序反复运行
运行到某个阶段时，都会从该阶段对应的回调队列中取出函数执行
当队列为空或者执行的回调函数数量达到系统设定的阈值，就会进入下一阶段

在这里插入图片描述

timer 阶段：处理 setTimeout、setInterval 的回调，由 poll 阶段控制
I/O callbacks 阶段：处理系统级别的回调。eg: TCP 连接失败的回调…
idle, prepare 阶段：仅 Node 内部使用，可以忽略
poll 阶段：处理 I/O 操作的回调；
事件循环空闲时，会在此阶段暂停，以等待新的回调加入
check 阶段：执行 setImmediate 的回调
close callbacks 阶段：执行关闭请求的回调。eg: socket.on('close', ...)…

我们主要关注 timer poll check 阶段即可

demo1

console.log('脚本开始');

setTimeout(() => {
    console.log('定时器');
}, 10);

console.log('脚本结束');

输出结果：'脚本开始' - '脚本结束' - '定时器'；
运行流程：
1. 主线程从上往下执行代码，遇到异步代码则开启新线程执行，然后主线程继续往下执行。同步代码执行结束后，开始事件循环
2. 执行到 timer 阶段：此时定时器还在执行中，所以 timer 队列中还没有回调，事件循环继续往下执行；执行到 poll 阶段：poll 队列也为空。此时事件循环会先查看 check 队列和 timer 队列是否为空，如果非空，则继续往下执行，如果为空，则会在 poll 阶段暂停事件循环，等待新的回调加入，再恢复执行
3. 定时器执行完毕，其回调加入到 timer 队列中。事件循环继续执行，执行到 check 阶段，check 队列为空，事件循环继续往下执行；执行到 timer 阶段，timer 队列非空，执行 timer 队列的回调，输出 '定时器'

demo2

console.log('脚本开始');

setTimeout(() => {
    console.log('定时器');
}, 10);

// I/O 操作: 读取文件内容. 假设耗时 20ms
fs.readFile('demo.txt', (_, data) => {
    console.log(data);
});

console.log('脚本结束');

输出结果：'脚本开始' - '脚本结束' - '定时器' - data
运行流程：
1. 主线程从上往下执行代码，遇到异步代码则开启新线程执行，然后主线程继续往下执行。同步代码执行结束后，开始事件循环
2. 执行到 timer 阶段：此时定时器还在执行中，所以 timer 队列为空；执行到 poll 阶段：此时 I/O 操作也还在执行中，poll 队列也为空。事件循环在 poll 阶段暂停
3. 10ms 后定时器执行完毕，回调加入 timer 队列，事件循环继续执行，输出 '定时器'；事件循环执行到 poll 阶段并在此处暂停
4. 20ms 后 I/O 操作执行完毕，回调加入 poll 队列，事件循环继续执行，输出 data

demo3

setImmediate：在效果上与 setTimeout 设置 0ms 类似；这里说的是类似，有两点需要注意一下：
① Node 中 setTimeout 的时间最小为 1ms；
② setImmediate 的回调会被直接添加到 check 阶段的任务队列中

console.log('脚本开始');

setTimeout(() => {
    console.log('定时器');
}, 10);

fs.readFile('demo.txt', (_, data) => {
    console.log(data);
});

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

console.log('脚本结束');

输出结果：'脚本开始' - '脚本结束' - 'setImmediate' - '定时器' - data
运行流程：
1. 主线程从上往下执行代码，遇到异步代码则开启新线程执行，然后主线程继续往下执行。同步代码执行结束后，开始事件循环
2. 执行到 timer 阶段：此时定时器还在执行中，所以 timer 队列为空；执行到 poll 阶段：此时 I/O 操作也还在执行中，poll 队列也为空。事件循环查看 check 队列和 timer 队列是否为空，发现 check 队列中有 setImmediate 的回调，事件循环继续往下执行；执行到 check 阶段：取出 check 队列的回调执行，输出 'setImmediate'；事件循环继续往下执行，并暂停在 poll 阶段
3. 10ms 后定时器执行完毕，回调加入 timer 队列，事件循环继续执行，输出 '定时器'；事件循环执行到 poll 阶段并在此处暂停
4. 20ms 后 I/O 操作执行完毕，回调加入 poll 队列，事件循环继续执行，输出 data

demo4

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

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

输出结果：'定时器' - 'setImmediate' / 'setImmediate' - '定时器' 都有可能
注意：Node 中 setTimeout 的最小定时为 1ms
情况 ①，事件循环开始后定时器才执行完：
1. 执行到 timer 阶段：此时定时器还在执行中，所以 timer 队列为空；执行到 poll 阶段：poll 队列也为空。事件循环查看 check 队列和 timer 队列是否为空，发现 check 队列中有 setImmediate 的回调，事件循环继续往下执行；执行到 check 阶段：取出 check 队列的回调执行，输出 'setImmediate'；事件循环继续往下执行，并暂停在 poll 阶段
2. 1ms 后定时器执行完毕，回调加入 timer 队列，事件循环继续执行，输出 '定时器'
情况 ②，定时器已经执行完了事件循环才开始：
1. 执行到 timer 阶段：发现 timer 队列中有定时器的回调，执行并出输出 '定时器'。事件循环继续往下执行；执行到 poll 阶段：poll 队列为空。事件循环查看 check 队列和 timer 队列是否为空，发现 check 队列中有 setImmediate 的回调，事件循环继续往下执行；执行到 check 阶段：取出 check 队列的回调执行，输出 'setImmediate'

如果想确保两者的执行顺序，可以将这两个操作放到 I/O 操作的回调中：

fs.readFile('demo.txt', () => {
    setTimeout(() => {
        console.log('定时器');
    }, 0);

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

I/O 操作的回调在 poll 阶段被执行，setTiimdiate 的回调立即进入 check 队列，setTimeout 在计时结束后将回调加入 timer 队列。
此时，输出的顺序就一定是 'setImmediate' - '定时器'

微任务队列

常见的宏任务：setTimeout、setInterval、setImmediate、script(整体代码)、I/O 操作…
常见的微任务：process.nextTick()、new Promise().then catch finally…
微任务比宏任务的优先级高，所以会在执行宏任务之前先清空微任务队列
微任务中，nextTick 的优先级较高，会先执行

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

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

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

输出结果：nextTick - promise - timeout

每执行一个宏任务之前，都会先清空当前的微任务队列
注意：旧版本的 Node (11 之前) 是在事件循环的各个阶段之间切换之前清空微任务队列

process.nextTick(() => {
    console.log('nextTick');
    Promise.resolve().then(() => {
        console.log('nextTick promise');
    });
});

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

setTimeout(() => {
    console.log('timeout1');
    Promise.resolve().then(() => {
        console.log('timeout1 promise');
    });
}, 0);

setTimeout(() => {
    console.log('timeout2');
    Promise.resolve().then(() => {
        console.log('timeout2 promise');
    });
    process.nextTick(() => {
        console.log('timeout2 nextTick');
        Promise.resolve().then(() => {
            console.log('timeout2 nextTick promise');
        });
    });
}, 0);

setImmediate(() => {
    console.log('setImmediate');
    Promise.resolve().then(() => {
        console.log('setImmediate promise');
    });
});

输出结果：
nextTick -
promise - nextTick promise -
timeout1 - timeout1 promise -
timeout2 - timeout2 nextTick - timeout2 promise - timeout2 nextTick promise
timeout2 - timeout2 promise -
setImmediate - setImmediate promise