Nodejs 第七十一章（libuv）

news2024/12/24 21:22:26

libuv

在Node.js中，libuv是作为其事件循环和异步I/O的核心组件而存在的。Node.js是构建在libuv之上的，它利用libuv来处理底层的异步操作，如文件I/O、网络通信和定时器等。

libuv在Node.js中扮演了以下几个重要角色：

事件循环（Event Loop）：libuv实现了Node.js的事件循环机制，负责管理事件的调度和执行。事件循环是Node.js的核心机制，它使得Node.js能够以非阻塞的方式处理大量并发操作。
异步I/O操作：libuv提供了一组异步I/O的API，用于处理文件、网络和其他I/O操作。这些API能够在后台进行操作，而无需阻塞主线程，从而实现高效的并发处理。
网络通信：libuv封装了底层的网络通信功能，包括TCP和UDP套接字的创建、绑定、监听和连接等操作。它提供了高级的网络接口，方便开发者构建基于网络的应用程序。
定时器和事件触发：libuv提供了定时器相关的API，可以创建和管理定时器，以及在指定时间间隔后触发相应的回调函数。这对于处理定时任务和调度是非常有用的。
跨平台支持：libuv实现了对不同操作系统的抽象封装，使得Node.js能够在不同的平台上运行，并保持一致的行为和性能。

事件循环

nodejs官网事件循环描述

在Nodejs中，事件循环分为6个阶段。每个阶段都有一个任务队列。当Node启动时，会创建一个事件循环线程，并依次按照下图所示顺序进入每个阶段，执行每个阶段的回调

Nodejs事件循环可以划分为两种，`微任务和宏任务`

宏任务

timers 执行setTimeout和setInterval的回调
pending callbacks 执行推迟的回调如IO，计时器
idle，prepare 空闲状态 nodejs内部使用无需关心
poll 执行与I/O相关的回调（除了关闭回调、计时器调度的回调和setImmediate之外，几乎所有回调都执行）例如 fs的回调 http回调
check 执行setImmediate的回调
close callback 执行例如socket.on('close', ...) 关闭的回调

微任务

process.nextTick
promise

注意事项不准确计时器

我们根据上方顺序编写一个案例 输出3 1 2，并不是 1 2 3

官网解释过这个原因，是因为，在事件循环的每个循环迭代中，libuv会调用uv__update_time函数来更新当前的时间戳。这个时间戳通常用于计算定时器的超时时间和检查事件的发生时间，而 setImmediate，则是把回调函数直接插入队列，所以执行效率比较高。所以就会造成顺序不稳定的一个原因

剖析源码

libuv/src/unix/core.c

int uv_run(uv_loop_t* loop, uv_run_mode mode) {
  int timeout;
  int r;
  int can_sleep;

  r = uv__loop_alive(loop); //检查事件循环是否活跃
  if (!r) //如果事件循环不活跃，直接返回
    uv__update_time(loop); //调用这个函数更新时间戳去检查计时器 超时时间 耗时

  /* Maintain backwards compatibility by processing timers before entering the
   * while loop for UV_RUN_DEFAULT. Otherwise timers only need to be executed
   * once, which should be done after polling in order to maintain proper
   * execution order of the conceptual event loop. */
  if (mode == UV_RUN_DEFAULT && r != 0 && loop->stop_flag == 0) {
    uv__update_time(loop); //更新时间
    uv__run_timers(loop); //执行定时器
  }

  while (r != 0 && loop->stop_flag == 0) {
    can_sleep =
        uv__queue_empty(&loop->pending_queue) &&
        uv__queue_empty(&loop->idle_handles);

    uv__run_pending(loop); //执行事件队列中的事件
    uv__run_idle(loop); //执行空闲队列中的事件
    uv__run_prepare(loop); //执行预备队列中的事件

    timeout = 0;
    if ((mode == UV_RUN_ONCE && can_sleep) || mode == UV_RUN_DEFAULT)
      timeout = uv__backend_timeout(loop);

    uv__metrics_inc_loop_count(loop);

    uv__io_poll(loop, timeout); //执行事件循环

    /* Process immediate callbacks (e.g. write_cb) a small fixed number of
     * times to avoid loop starvation.*/
    for (r = 0; r < 8 && !uv__queue_empty(&loop->pending_queue); r++)
      uv__run_pending(loop);

    /* Run one final update on the provider_idle_time in case uv__io_poll
     * returned because the timeout expired, but no events were received. This
     * call will be ignored if the provider_entry_time was either never set (if
     * the timeout == 0) or was already updated b/c an event was received.
     */
    uv__metrics_update_idle_time(loop); //更新空闲时间

    uv__run_check(loop); //执行检查队列中的事件 setImmediate
    uv__run_closing_handles(loop); //执行关闭队列中的事件

    uv__update_time(loop); //更新时间
    uv__run_timers(loop); //执行定时器

    r = uv__loop_alive(loop);
    if (mode == UV_RUN_ONCE || mode == UV_RUN_NOWAIT)
      break;
  }

libuv/src/unix/internal.c

uv__update_time函数实现

UV_UNUSED(static void uv__update_time(uv_loop_t* loop)) {
  /* Use a fast time source if available.  We only need millisecond precision.
   */
 // 这个函数通过调用 `gethrtime` 获取系统当前时间，精度非常高，单位是纳秒（ns），
 // 1 纳秒等于十亿分之一秒。除 `1000000` 后的时间单位为 毫秒（ms）
  loop->time = uv__hrtime(UV_CLOCK_FAST) / 1000000;
}