初窺JavaScript事件機(jī)制的實(shí)現(xiàn)（一）—— Node.js事件驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)概覽

lavor 發(fā)布于2019-08-21 10:33 / 3482人閱讀

摘要：如果當(dāng)前沒(méi)有事件也沒(méi)有定時(shí)器事件，則返回。相關(guān)資料關(guān)于的架構(gòu)及設(shè)計(jì)思路的事件討論了使用線程池異步運(yùn)行代碼。下一篇初窺事件機(jī)制的實(shí)現(xiàn)二中定時(shí)器的實(shí)現(xiàn)

在瀏覽器中，事件作為一個(gè)極為重要的機(jī)制，給予JavaScript響應(yīng)用戶操作與DOM變化的能力；在Node.js中，事件驅(qū)動(dòng)模型則是其高并發(fā)能力的基礎(chǔ)。

學(xué)習(xí)JavaScript也需要了解它的運(yùn)行平臺(tái)，為了更好的理解JavaScript的事件模型，我打算從Node及瀏覽器引擎源碼入手，分析其底層實(shí)現(xiàn)，并將我的分析整理為一系列博文；一方面作為筆記，另一方面也希望能與大家交流，分析和理解有疏漏偏頗之處，還望各位斧正。

簡(jiǎn)述事件驅(qū)動(dòng)模型

解釋JavaScript事件模型本身的好文章已經(jīng)很多了，可以說(shuō)這已經(jīng)是一個(gè)說(shuō)爛了的話題，這里我只簡(jiǎn)單寫(xiě)一下，并且提供一些好文章的鏈接。

程序如何響應(yīng)事件

我們的程序響應(yīng)外部的事件有如下兩種方式：

中斷
操作系統(tǒng)處理鍵盤(pán)等硬件輸入就是通過(guò)中斷來(lái)進(jìn)行的，這個(gè)方式的好處是即使沒(méi)有多線程，我們也可以放心地執(zhí)行我們的代碼，CPU收到中斷信號(hào)之后自動(dòng)地轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的中斷處理程序，處理完成后會(huì)恢復(fù)原來(lái)的代碼的執(zhí)行環(huán)境繼續(xù)執(zhí)行。這種方式需要硬件的支持，一般來(lái)說(shuō)都會(huì)被操作系統(tǒng)封裝起來(lái)。

輪詢
循環(huán)檢測(cè)是否有事件發(fā)生，如果有就去執(zhí)行相應(yīng)的處理程序。這在底層和上層的開(kāi)發(fā)中都有應(yīng)用。
Windows窗口程序就需要在主線程中寫(xiě)下如下代碼，通常稱做消息循環(huán)：

MSG msg = { };
while (GetMessage(&msg, NULL, 0, 0))
{
    TranslateMessage(&msg);
    DispatchMessage(&msg);
}

消息循環(huán)不斷檢測(cè)是否有消息（用戶的UI操作、系統(tǒng)消息等）出現(xiàn)，有的話就分發(fā)消息，調(diào)用相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)進(jìn)行處理。
輪詢方式的一個(gè)缺點(diǎn)就是：如果在主線程的消息循環(huán)里進(jìn)行耗時(shí)操作，程序就無(wú)法及時(shí)響應(yīng)新的消息。這在JavaScript中表現(xiàn)明顯，以后還會(huì)提到這一點(diǎn)，并探討其解決方案。

然而JavaScript中并沒(méi)有類似消息循環(huán)代碼，我們只是簡(jiǎn)單地注冊(cè)事件，然后等待被調(diào)用。這是因?yàn)闉g覽器、Node作為執(zhí)行平臺(tái)，已經(jīng)將event loop實(shí)現(xiàn)了，JavaScript代碼不需要介入到這個(gè)過(guò)程中，只需要作為被調(diào)用者安靜地等待即可。

相關(guān)討論

知乎-關(guān)于瀏覽器處理事件的問(wèn)題?匿名用戶的回答：這個(gè)回答里圖很不錯(cuò)，有助于理解event loop的工作原理；答案末尾有一些文章分享；

MDN - Concurrency model and Event Loop：MDN上對(duì)event loop的介紹。

Node中的event loop 通過(guò)Node源碼看event loop的實(shí)現(xiàn)

Node采用V8作為JavaScript的執(zhí)行引擎，同時(shí)使用libuv實(shí)現(xiàn)事件驅(qū)動(dòng)式異步I/O。其事件循環(huán)就是采用了libuv的默認(rèn)事件循環(huán)。

在src/node.cc中，

Environment* env = CreateEnvironment(
        node_isolate,
        uv_default_loop(),
        context,
        argc,
        argv,
        exec_argc,
        exec_argv);

這段代碼建立了一個(gè)node執(zhí)行環(huán)境，可以看到第三行的uv_default_loop()，這是libuv庫(kù)中的一個(gè)函數(shù)，它會(huì)初始化uv庫(kù)本身以及其中的default_loop_struct，并返回一個(gè)指向它的指針default_loop_ptr。
之后，Node會(huì)載入執(zhí)行環(huán)境并完成一些設(shè)置操作，然后啟動(dòng)event loop：

bool more;
do {
  more = uv_run(env->event_loop(), UV_RUN_ONCE);
  if (more == false) {
    EmitBeforeExit(env);
    // Emit `beforeExit` if the loop became alive either after emitting
    // event, or after running some callbacks.
    more = uv_loop_alive(env->event_loop());
    if (uv_run(env->event_loop(), UV_RUN_NOWAIT) != 0)
      more = true;
  }
} while (more == true);
code = EmitExit(env);
RunAtExit(env);
...

more用來(lái)標(biāo)識(shí)是否進(jìn)行下一輪循環(huán)。
env->event_loop()會(huì)返回之前保存在env中的default_loop_ptr，uv_run函數(shù)將以指定的UV_RUN_ONCE模式啟動(dòng)libuv的event loop。在這種模式下，uv_run會(huì)至少處理一個(gè)事件：這意味著，如果當(dāng)前事件隊(duì)列中沒(méi)有需要處理的I/O事件，uv_run會(huì)阻塞住，直到有I/O事件需要處理，或者下一個(gè)定時(shí)器時(shí)間到。如果當(dāng)前沒(méi)有I/O事件也沒(méi)有定時(shí)器事件，則uv_run返回false。

接下來(lái)Node會(huì)根據(jù)more的情況決定下一步操作：

如果more為true，則繼續(xù)運(yùn)行下一輪loop。

如果more為false，說(shuō)明已經(jīng)沒(méi)有等待處理的事件了，EmitBeforeExit(env);觸發(fā)進(jìn)程的"beforeExit"事件，檢查并處理相應(yīng)的處理函數(shù)，完成后直接跳出循環(huán)。

最后觸發(fā)"exit"事件，執(zhí)行相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)，Node運(yùn)行結(jié)束，后面會(huì)進(jìn)行一些資源釋放操作。

在libuv中，event loop會(huì)在每次循環(huán)的開(kāi)始更新自己的time從而實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，而I/O事件則分為兩類：

Network I/O是使用系統(tǒng)提供的非阻塞式I/O解決方案，例如在Linux上使用epoll，windows上使用IOCP。

文件操作和DNS操作沒(méi)有（很好的）系統(tǒng)解決方案，因此libuv自建了線程池，在其中進(jìn)行阻塞式I/O。

另外我們也可以將自定義的函數(shù)拋到線程池中運(yùn)行，在運(yùn)行結(jié)束后主線程會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)，不過(guò)Node并沒(méi)有將這一項(xiàng)功能加入到JavaScript中，也就是說(shuō)只用原生Node是無(wú)法在JavaScript中開(kāi)啟新的線程進(jìn)行并行執(zhí)行的。

相關(guān)資料

libuv Design Overview：關(guān)于libuv的架構(gòu)及設(shè)計(jì)思路；

node child_process "exit"：Node的child_process "exit"事件；

Node with threads：討論了使用libuv線程池異步運(yùn)行JavaScript代碼。

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