Node.js 环境下的事件循环：I/O 轮询、Check 阶段与 Close 阶段

好的，各位看官，各位朋友，欢迎来到今天的Node.js事件循环专场！🎉 今天咱们不搞那些云里雾里的学术名词，就用最接地气的方式，把Node.js的事件循环扒个精光，让它在你面前像脱了衣服的美女…咳咳，我是说，让你彻底理解它，从此告别异步编程的玄学困扰。

开场白：事件循环，Node.js的灵魂舞者💃

想象一下，Node.js就像一个单线程的舞者，在舞台上翩翩起舞。但是，这个舞者可不是只会跳一种舞，它要处理各种各样的任务，比如读取文件、发送网络请求、处理用户输入等等。如果让它老老实实地一个接一个地跳，那效率得多低啊！观众早就睡着了😴。

所以，Node.js就给这位舞者安排了一个“事件循环”作为伴奏乐队。这个乐队会不断地循环播放着不同的节奏，引导舞者完成各种动作。而这个“事件循环”，就是我们今天要讲的主角。它让Node.js在单线程的情况下，也能高效地处理并发请求，简直是奇迹！

第一幕：事件循环的舞台搭建 (The Event Loop Stages)

事件循环不是一个简单的循环，它是由几个精心设计的阶段组成的，每个阶段负责处理不同的任务。我们可以把它们想象成舞台上的不同区域，舞者会在不同的区域完成不同的舞蹈动作。

阶段名称	职责描述	关键任务	舞蹈风格示例
Timers	处理`setTimeout()`和`setInterval()`的回调函数。	检查定时器到期时间，如果到期则执行回调。	优雅的华尔兹，在指定的时间点轻盈地旋转。
Pending callbacks	处理一些延迟到下一个循环迭代执行的回调，例如某些系统操作的回调。	执行操作系统级别的回调，例如TCP连接错误等。	慢节奏的探戈，等待系统事件的到来。
Idle, Prepare	仅供内部使用。	Node.js内部操作，通常无需关注。	幕间休息，舞者稍作调整，准备下一场表演。
Poll	关键阶段！检索新的I/O事件; 执行与I/O相关的回调（除了timers和`setImmediate()`的回调）。如果poll阶段为空闲状态，将会根据情况等待新的I/O事件。	检查是否有新的I/O事件准备就绪，如果有则执行相应的回调函数。如果没有I/O事件，则等待I/O事件发生（阻塞）。	热情奔放的伦巴，根据I/O事件的节奏灵活舞动。
Check	执行`setImmediate()`的回调函数。	执行`setImmediate()`注册的回调函数。	轻快的恰恰，快速执行短小的任务。
Close callbacks	处理一些close事件的回调函数，例如`socket.on('close', ...)`。	执行close事件的回调函数，例如关闭socket连接、关闭文件等。	优雅的退场，告别舞台。

第二幕：舞台上的演员们 (The Callbacks)

在事件循环的舞台上，主角当然是各种各样的回调函数(callbacks)。它们就像一个个演员，等待着被事件循环“点名”，然后上台表演。

定时器回调 (Timer Callbacks): 那些通过setTimeout和setInterval注册的回调函数，它们就像舞台上的计时员，会在指定的时间点发出信号，让相应的演员上台。
I/O 回调 (I/O Callbacks): 当Node.js执行I/O操作时，例如读取文件、发送网络请求等，会注册相应的回调函数。这些回调函数就像舞台上的信使，会在I/O操作完成后，通知相应的演员上台。
setImmediate() 回调: 这种回调函数比较特殊，它会在当前事件循环的Poll阶段结束后，Check阶段立即执行。它们就像舞台上的救场队员，随时准备上台救场。
Close 回调: 当资源被关闭时（例如socket关闭，文件关闭），会触发close事件，并执行相应的回调函数。它们就像舞台上的清洁工，负责清理舞台。

第三幕：事件循环的华丽舞步 (The Event Loop in Action)

现在，让我们一起看看事件循环是如何一步一步执行的，就像看一场精彩的舞蹈表演一样。

Timers 阶段： 事件循环首先进入Timers阶段，检查是否有到期的定时器。如果有，就将相应的回调函数放入回调队列中。
Pending Callbacks 阶段： 处理一些延迟到下一个循环迭代执行的回调，例如某些系统操作的回调。
Idle, Prepare 阶段： 内部阶段，通常不用关心。
Poll 阶段： 这是事件循环中最关键的阶段。它主要做三件事：
- 检索新的I/O事件： 检查是否有新的I/O事件准备就绪。
- 执行I/O回调： 如果有I/O事件准备就绪，就执行相应的回调函数。
- 等待I/O事件： 如果没有I/O事件，就等待I/O事件发生。
这个阶段有两种情况：
- Poll 队列不为空： 遍历Poll队列，同步执行队列中的回调函数，直到队列为空或者达到系统限制。
- Poll 队列为空：
  - 如果有setImmediate()回调需要执行，事件循环会结束Poll阶段，进入Check阶段执行setImmediate()回调。
  - 如果没有setImmediate()回调需要执行，事件循环会阻塞在Poll阶段，等待新的I/O事件到来。
Check 阶段： 执行setImmediate()的回调函数。
Close Callbacks 阶段： 执行close事件的回调函数。

然后，事件循环会回到Timers阶段，开始下一轮循环。就这样，事件循环不断地循环执行，处理各种各样的任务。

举个栗子🌰：一个简单的Web服务器

让我们用一个简单的Web服务器的例子，来加深对事件循环的理解。

const http = require('http');

const server = http.createServer((req, res) => {
  console.log('收到请求'); // 1. 打印日志
  setTimeout(() => {
    console.log('setTimeout回调'); // 3. 打印日志
    res.end('Hello, world!'); // 4. 发送响应
  }, 1000);
  setImmediate(() => {
    console.log('setImmediate回调'); // 2. 打印日志
  });
});

server.listen(3000, () => {
  console.log('服务器启动');
});

当客户端发送请求到服务器时，会发生以下事情：

I/O 事件： 操作系统接收到客户端的请求，并将这个事件通知给Node.js。
Poll 阶段： 事件循环在Poll阶段检测到这个I/O事件，然后执行createServer的回调函数。
注册回调： 在createServer的回调函数中，我们注册了一个setTimeout回调和一个setImmediate回调。
事件循环继续： 事件循环继续执行，进入Check阶段，执行setImmediate回调，打印"setImmediate回调"。
Timers 阶段： 1秒后，setTimeout回调到期，事件循环在Timers阶段执行setTimeout回调，打印"setTimeout回调"，并发送响应给客户端。

重点来了：setTimeout(fn, 0) vs setImmediate(fn)

很多人对setTimeout(fn, 0)和setImmediate(fn)的区别感到困惑。它们都是用来延迟执行回调函数的，但它们执行的时机却不同。

setTimeout(fn, 0)： 将回调函数放入Timers阶段的队列中，会在下一个事件循环的Timers阶段执行。但是，由于事件循环的各个阶段都需要时间，所以setTimeout(fn, 0)的回调函数不一定会在0毫秒后立即执行。
setImmediate(fn)： 将回调函数放入Check阶段的队列中，会在当前事件循环的Poll阶段结束后，立即执行。

一般来说，setImmediate(fn)比setTimeout(fn, 0)更“立即”执行，因为它避免了Timers阶段的延迟。但是，具体哪个先执行，取决于Node.js的版本和系统环境。

避坑指南：防止事件循环阻塞 🚫

事件循环是单线程的，如果某个回调函数执行时间过长，就会阻塞事件循环，导致其他任务无法执行。这就像舞台上的演员一直在独舞，不给其他演员上台的机会，观众肯定要抱怨了。

所以，我们要尽量避免在回调函数中执行耗时的操作，例如：

复杂的计算： 尽量将复杂的计算分解成小任务，使用setImmediate或process.nextTick将它们放入事件循环中执行。
同步I/O操作： 尽量使用异步I/O操作，避免阻塞事件循环。
死循环： 千万不要写死循环，否则事件循环就彻底崩溃了。

进阶技巧：process.nextTick(fn)

process.nextTick(fn)也是一个用来延迟执行回调函数的API，但它和setTimeout和setImmediate不同。process.nextTick(fn)会将回调函数放入一个特殊的队列中，这个队列会在当前操作完成后，但在事件循环的下一个阶段开始前执行。

process.nextTick(fn)的回调函数优先级最高，会在setTimeout和setImmediate的回调函数之前执行。但是，如果过度使用process.nextTick(fn)，可能会导致事件循环饥饿，影响性能。

总结：事件循环，Node.js的制胜法宝 🏆

事件循环是Node.js的核心机制，它让Node.js在单线程的情况下，也能高效地处理并发请求。理解事件循环的原理，可以帮助我们编写更高效、更稳定的Node.js程序。

希望今天的讲解能让你对Node.js的事件循环有更深入的理解。记住，事件循环就像一个精密的舞蹈，每个阶段、每个回调函数都有自己的作用，只有理解了它们的运作方式，才能更好地驾驭Node.js。

最后，送给大家一句名言：

"掌握了事件循环，你就掌握了Node.js的灵魂。" – 佚名

感谢大家的观看，我们下期再见！👋

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