node定时器相关 #38

hello2dj · 2018-12-09T13:43:34Z

先来温习一下event loop中的几个phase可参见我的上篇文章libuv概览

timers: 这个phase是来检查定时器是否到期的，并执行的
poll(I/O): 这个是用来监听fd的事件的，比如socket的可读，可写，文件的可读可等
check: 当事件循环被I/O阻塞结束之后立刻调用check handle的回调。本质上他是和prepare phase(在循环被I/O阻塞之前（right before the loop will block for I/O）prepare回调就会立即被调用) 相反的。

为什么会强调上述几个阶段呢？可以参见一下node官网对于event loop的解释

node的定时器setTimeout,setInterval是在timers 阶段检查是否过期执行的
node的setImmediate 是在check阶段执行的
其他的一些监听文件描述符而执行的cb是在poll(I/O)阶段执行的

其实我们可以总解一下js代码的执行时间有哪些？

event loop 开始之前的代码
event loop 中各个phase执行的代码
也就是说node的js代码会在两种情况下执行(纯属自己的看法)

接下来就是解析一下他们的执行顺序问题

setTimeout(n) VS setImmediate

setImmediate 一定会在本轮event loop内的check 阶段执行，若是check阶段已经错过了，那就只能在下一轮的check阶段执行了。
参见上篇文章，见下图

   ┌───────────────────────┐
┌─>│        timers         │
│  └──────────┬────────────┘
│  ┌──────────┴────────────┐
│  │     I/O callbacks     │
│  └──────────┬────────────┘
│  ┌──────────┴────────────┐
│  │     idle, prepare     │
│  └──────────┬────────────┘      ┌───────────────┐
│  ┌──────────┴────────────┐      │   incoming:   │
│  │         poll          │<─────┤  connections, │
│  └──────────┬────────────┘      │   data, etc.  │
│  ┌──────────┴────────────┐      └───────────────┘
│  │        check          │
│  └──────────┬────────────┘
│  ┌──────────┴────────────┐
└──┤    close callbacks    │
   └───────────────────────┘

可以看出来在同一次event loop内，timers阶段是在check阶段之前的,也就是说若是在同一个event loop内既有定时器到期又有setImmediate那肯定是setTimeout先执行。若不在一个event loop内那就不好说了，要具体情况具体分析了。
那么setTimeout(n) 和 setImmediate的执行顺序到底是啥？

当setTimeout与setImmediate在同一时间执行且是在event loop之前执行的设置代码, 又且 n <= t(t是当执行event loop时setTimeout刚好过期的那个时间)
此时就相当于在第一次event loop内既有setTimeout 过期又有 setImmediate，显然 setTimeout先执行。

// test.js
setTimeout(() => {
  console.log('setTimeout');
}, 1)
setImmediate(() => {
  console.log('setImmediate');
});

// 假设我的t 是2，那么输出就是
# setTimeout
# setImmediate

当setTimeout与setImmediate在同一时间执行且是在event loop之前执行的设置代码, 又且 n > t(t是当执行event loop时setTimeout刚好过期的那个时间)
此时就相当于在第一次event loop内只有 setImmediate，setTimeout的过期只有在接下来的event loop内被检查到了显然 setImmediate先执行。
代码同上，把n 换成大于2的时间。

t的抉择就完全取决于机器的性能了
而且在此处还有一个问题就是node中setTimeout最小时间1毫秒，见源码如下

//lib/internal/timers.js~line#34
after *= 1; // coalesce to number or NaN
if (!(after >= 1 && after <= TIMEOUT_MAX)) {
  if (after > TIMEOUT_MAX) {
    process.emitWarning(`${after} does not fit into` +
                        ' a 32-bit signed integer.' +
                        '\nTimeout duration was set to 1.',
                        'TimeoutOverflowWarning');
  }
  after = 1; // schedule on next tick, follows browser behavior
}

也就是说你设置0，最下也是1，那么就是说若你的机器性能很好，在1毫秒之前就开始执行event loop了，那么将会永远只看到setImmediate在setTimeout之前执行了。

前面说的都是在event loop之前设置，那么在event loop的期间执行js代码时设置的呢（我们只说同时设置的执行顺序）？(参见我前面的关于js代码的执行时机解释)
- timers阶段设置
```
setTimeout(() => { // 1
  console.log('外层timeout');
  setTimeout(() => { // 2
    console.log('set timeout in timeout');
  });
  setImmediate(() => { // 3
    console.log('set immediate in timeout');
  });
});
```
1的回调是在timers阶段执行的，而setTimeout内部的定时器一定是不可能在本次event loop的timers阶段执行的(分析后面再说)，那就是说2的回调一定是在本次event loop之后的某次loop中的timers阶段执行的，可我们也要注意，本次loop的check阶段还没执行，因此就很明显了，3的回调会在本次loop的check阶段执行，因此得到总结在timer阶段设置的setTimeout和setImmediate一定是setImmediate先执行。
- I/O callbacks, idle, prepare, poll, 同理这些阶段也一定是setImmediate先执行，我们最常处于的阶段可能就是poll阶段了，因为这是描述符事件回调的触发阶段，在这个阶段，本轮loop的timers阶段已经执行过了，所以setTimeout,一定是后面的loop timers阶段执行，而本轮loop的check阶段还没有执行，因此在这些阶段设置的setImmediate可以在本轮loop得到执行，所以在timer阶段之后，check阶段之前设置的setTimeout和setImmediate一定是setImmediate先执行。
```
const fs = require('fs');

fs.readFile('./test.js', () => {
  setTimeout(() => {
    console.log('set timeout in poll phase');
  });
  setImmediate(() => {
    console.log('set immediate in poll phase');
  });
});
```
- check阶段，在本轮设置的setTimeout和setImmediate执行顺序与在event loop执行之前设置的是一样的，执行顺序不定取决于设置的超时时间t(原因同在event loop执行之前设置的是一样，甚至可以说两者就是可以看做是等同的)。因为在这一阶段设置的setImmediate是不会在本轮check阶段执行的，同理setTimeout也是没办法在本轮执行的。
总的可以用一个流程图来概括
{% asset_img timerheimmediate.png timer & check phase %}

接下来 process.nextTick VS setImmediate

事实上这两者是没有可比的

process.nextTick的实现是基于v8 MicroTask(是在当前js call stack 中没有可执行代码才会执行的队列,低于js call stack 代码，但高于事件循环，浏览器中也是如此可参见)机制的。不属于event loop(v8 microtask是怎么和node结合起来的还没看明白失败啊)
但是可以确定是nextTick走的是v8的mircotasks机制，且在当前js calk stack 结束后event loop 继续进行之前调用，也就是说要是写一个递归nextTick调用会把整个node阻塞掉

setImmediate(() => {
  console.log('immediate');
});
function a() {
  process.nextTick(() => {
    console.log('set nextTick');
    a();
  });
}
a();

可以试一下上面的代码, 你会发现这就是无限调用了。还有我们所熟知的promise也走的是v8 microtask机制(并且Promise使用时v8实现的promise)。那么同理，promise的then的回调和nextTick中的回调也是由v8 microtask机制来确定执行的，也是与event loop 无关的。当然这在promiseA+规范里面也是有相应描述的。为了测试我们可以执行以下代码

const promise = Promise.resolve(234)

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

testPromise();

function testPromise() {
  promise = promise.then(() => {
    console.log('promise');
    testPromise();
  });
}

是的结果和执行pross.nextTick是一样的event loop被阻塞了。

在源代码里我们也可以看到见下
主要代码在/lib/internal/procss/next_tick.js(这里有太多的逻辑没搞明白只是知道了一个大概)

{% asset_img tickQueue.png tick queue %}

我们所创建的nextTick都是由这个全局的NextTickQueue来管理的，当我们执行nextTick,就push进去一个TickObject

{% asset_img tickObject.png tick object %}

执行nextTick的逻辑如下
{% asset_img nextTick.png nextTick %}

接下来就是触发nextTickQueue里面的tickObject的执行了
{% asset_img tickCb.png tick queue handle %}

在接下来就是设置_tickCallback（_tickDomainCallback是使用了Domain的版本）这个回调的执行时机了
{% asset_img setUpNextTick.png setUpNextTick %}

失败的地方就来了，我跟到C++代码里面后就完全没找到_tickCallback的具体执行时机的设置了，而且这里面也有太多的逻辑了，完全不知道是在干啥，还有待慢慢揭秘求高手。

setImmediate是基于libuv的event loop的。

到了这里我可以知道了nextTick一定是先执行的（同时设置）

总结一下

当同时设置nextTick, setImmediate, setTimeout时一定是nextTick先执行，nextTick不属于event loop属于v8的micro tasks
setImmediate, setTimeout是属于event loop的，但是执行的阶段不同。
nextTick的promise的回调执行是在event loop继续执行之前的，也就是说他们的调用是会阻塞event loop的。也就是说在使用nextTick和promise编写递归调用或者大循环时要小心阻塞event loop
在setImmediate, setTimeout设置再次设置自己时，一定不会再本次loop中执行的
在浏览器中我猜测setTimeout和promise, MicroTasks也是这样的

最后再来点儿，对于setTimeout和setImmediate的代码分析，来具体解释为什么4成立

setTimeout
当我们执行setTimeout时，node会创建一个Timeout对象来存储
{% asset_img timeout.png setTimeout %}

Timeout具体属性见下

{% asset_img timeoutobj.png Timeout %}

其中_idleStart很重要，是指这个定时器的起始时间，比如在10秒的时候设置了一个40秒的定时器，那么到期的时候就检查这个now - _idleStart 是否大于定时的40秒，而这个时间应当是程序启动后经过的毫秒数。（纯属个人猜测）
生成了定时器对象后，怎么组织管理就是个问题了，定时器在node中是以对象加链表来组织的，相同时间的定时器会被放到同一个链表中，如都是定时的40毫秒，但设置的时间不同，那么他们就会被放到同一个list中,见下图

// ╔════ > Object Map
// ║
// ╠══
// ║ refedLists: { '40': { }, '320': { etc } } (keys of millisecond duration)
// ╚══          ┌─────────┘
//              │
// ╔══          │
// ║ TimersList { _idleNext: { }, _idlePrev: (self), _timer: (TimerWrap) }
// ║         ┌────────────────┘
// ║    ╔══  │                              ^
// ║    ║    { _idleNext: { },  _idlePrev: { }, _onTimeout: (callback) }
// ║    ║      ┌───────────┘
// ║    ║      │                                  ^
// ║    ║      { _idleNext: { etc },  _idlePrev: { }, _onTimeout: (callback) }
// ╠══  ╠══
// ║    ║
// ║    ╚════ >  Actual JavaScript timeouts
// ║
// ╚════ > Linked List

插入的流程如下
{% asset_img insert.png insert %}
初始化TimerList的如下
{% asset_img timerlist.png timer list %}
在初始化一个TimersList时就会以他所属的过期的时间设置一个libuv的定时器，到期后处理自己这个list中node定时器，若是，还有未到期的，那么就继续设置libuv的定时器
接下来就是定时器到期后怎么处理了
{% asset_img timeouecb.png timer outdate %}
上面我的截图里说的语句不通了激动了，从上面可以看到，我们新设置的相同的定时器尤其是针对setTimeout(0)(虽然我们不可能有零这种情况),其实我想说的是，假设我们设置了两个1msecs的定时器，见代码吧

setTimeout(() => { // 1
  console.log(1);
  setTimeout(() => { // 2
    console.log(2);
  });
  setImmediate(() => { // 3
    console.log(3);
  })
})

上述代码1，2的过期时间都是1，所以他们在同一个timerList中，还有我们看到前面的描述，当我们是while去处理timerlist的，根据前面的讲述我们知道3一定比2先输出，但是我们是while处理timerlist的，为什么没有判断2过期呢，我就发现了，因为判断过期取的是now - timer._idleStart, 而这个now是在定时器cb执之前取的，而timer._idleStart是在setTimeout时设置的，那就意味着，2的_idleStart 一定比1的到期是去的now 大，那就很明显了，无论如何都是是无法判断2过期(在本次loop期间判断2过期)了，即使是下面的代码也不行

 setTimeout(() => { // 1
  console.log(1);
  setTimeout(() => { // 2
    console.log(2);
  });
  for(let i = 0; i < 100e100; i ++) { // 1msec的时间绝对有了，那么是不是在本轮loop就可以判断timer过期呢，不会
    let c = 0;
  }
  setImmediate(() => { // 3
    console.log(3);
  })
})

定时器的整体组织方式就是为了方便管理，减少底层真实定时器的使用。

setImmediate
那么setImmediate内设置setImmediate呢？
看代码吧，immediate是通过一个全局的list来管理的
{% asset_img immediatelist.png immediate list %}

调用setImmediate
{% asset_img newimme.png Immediate %}

Immediate构造函数的处理

{% asset_img appendimme.png append Immediate %}

加下来就是处理 check阶段处理immediate了

{% asset_img processimme.png 才处理immediate list %}

上图解释的很清楚了，这就告诉了我们另一个问题，在同一时期设置的setImmeidate会放到同一个队列，并且在一次loop check阶段就把所有的immediate回调给执行了。

setTimeout(() => { // 1
  console.log(1);
  setTimeout(() => { // 2
    console.log(2);
  });

  for(let i = 0; i < 10e10; i++) {
    let c = 0;
  } // 上面的那个肯定过期了
  for(let i = 0; i < 100; i++>) {
    setImmediate(() => { // 3
      console.log(3);
    })
  }
})

上面的代码我们的2在1的回调执行之后一定是过期的，那么若是同一时间设置的setImmediate不会在同一个loop的check阶段那么，我们的2输出之后就一定会有3，可以执行一下是没有的，也就证明了我们上面的源码分析是正确的。

最终总结

打完收工，源码阅读很考验啊，应当先知道代码的最终功能是什么？你想要知道的问题是什么？然后再去跟代码，一定要先找到函数入口，在就是一步一步调试是很有用的，等着看看怎么调试v8以及node的c++代码势要把microtasks也高明白了。

参考

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hello2dj commented Dec 9, 2018

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Comments

hello2dj commented Dec 9, 2018

先来温习一下event loop中的几个phase可参见我的上篇文章libuv概览

为什么会强调上述几个阶段呢？可以参见一下node官网对于event loop的解释

其实我们可以总解一下js代码的执行时间有哪些？

接下来就是解析一下他们的执行顺序问题

接下来 process.nextTick VS setImmediate

总结一下

最后再来点儿，对于setTimeout和setImmediate的代码分析，来具体解释为什么4成立

最终总结

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