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Node.js事件驱动

Node.js事件驱动实现概览

虽然在ECMAScript的标准里并没有(也没有必要)明确规定“事件”,但是在浏览器中,事件作为一个极为重要的机制,给予JavaScript响应用户操作与DOM变化的能力;在Node.js中,异步事件驱动模型则是其高并发能力的基础。

学习JavaScript也需要了解它的运行平台,为了更好的理解JavaScript的事件模型,我打算从Node及浏览器引擎源码入手,分析其底层实现,并将我的分析整理为一系列博文;一方面作为笔记,另一方面也希望能与大家交流,分析和理解有疏漏偏颇之处,还望各位斧正。

简述事件驱动模型

解释JavaScript事件模型本身的好文章已经很多了,可以说这已经是一个说烂了的话题,这里我只简单写一下,并且提供一些好文章的链接。

程序如何响应事件

我们的程序响应外部的事件有如下两种方式:

中断

操作系统处理键盘等硬件输入就是通过中断来进行的,这个方式的好处是即使没有多线程,我们也可以放心地执行我们的代码,CPU收到中断信号之后自动地转去执行相应的中断处理程序,处理完成后会恢复原来的代码的执行环境继续执行。这种方式需要硬件的支持,一般来说都会被操作系统封装起来。

轮询

循环检测是否有事件发生,如果有就去执行相应的处理程序。这在底层和上层的开发中都有应用。
Windows窗口程序就需要在主线程中写下如下代码,通常称做消息循环:

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

消息循环不断检测是否有消息(用户的UI操作、系统消息等)出现,有的话就分发消息,调用相应的回调函数进行处理。
轮询方式的一个缺点就是:如果在主线程的消息循环里进行耗时操作,程序就无法及时响应新的消息。这在JavaScript中表现明显,以后还会提到这一点,并探讨其解决方案。

然而JavaScript中并没有类似消息循环代码,我们只是简单地注册事件,然后等待被调用。这是因为浏览器、Node作为执行平台,已经将event loop实现了,JavaScript代码不需要介入到这个过程中,只需要作为被调用者安静地等待即可。

Node中的event loop

通过Node源码看event loop的实现

Node采用V8作为JavaScript的执行引擎,同时使用libuv实现事件驱动式异步I/O。其事件循环就是采用了libuv的默认事件循环。

在src/node.cc中,

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

这段代码建立了一个node执行环境,可以看到第三行的uv_default_loop(),这是libuv库中的一个函数,它会初始化uv库本身以及其中的default_loop_struct,并返回一个指向它的指针default_loop_ptr。
之后,Node会载入执行环境并完成一些设置操作,然后启动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用来标识是否进行下一轮循环。

env->event_loop()会返回之前保存在env中的default_loop_ptr,uv_run函数将以指定的UV_RUN_ONCE模式启动libuv的event loop。在这种模式下,uv_run会至少处理一个事件:这意味着,如果当前事件队列中没有需要处理的I/O事件,uv_run会阻塞住,直到有I/O事件需要处理,或者下一个定时器时间到。如果当前没有I/O事件也没有定时器事件,则uv_run返回false。

接下来Node会根据more的情况决定下一步操作:

如果more为true,则继续运行下一轮loop。

如果more为false,说明已经没有等待处理的事件了,EmitBeforeExit(env);触发进程的'beforeExit'事件,检查并处理相应的处理函数,完成后直接跳出循环。

最后触发'exit'事件,执行相应的回调函数,Node运行结束,后面会进行一些资源释放操作。

在libuv中,定时器事件是直接在event loop中处理的,而I/O事件则分为两类:

Network I/O是使用系统提供的非阻塞式I/O解决方案,例如在Linux上使用epoll,windows上使用IOCP。

文件操作和DNS操作没有(很好的)系统解决方案,因此libuv自建了线程池,在其中进行阻塞式I/O。

另外我们也可以将自定义的函数抛到线程池中运行,在运行结束后主线程会执行相应的回调函数,不过Node并没有将这一项功能加入到JavaScript中,也就是说只用原生Node是无法在JavaScript中开启新的线程进行并行执行的。

以上所述就是本文的全部内容了,希望大家能够喜欢。

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