Node.js中定時(shí)器的實(shí)現(xiàn)

上一篇博文提到，在Node中timer并不是通過新開線程來實(shí)現(xiàn)的，而是直接在event loop中完成。下面通過幾個(gè)JavaScript的定時(shí)器示例以及Node相關(guān)源碼來分析在Node中，timer功能到底是怎么實(shí)現(xiàn)的。

JavaScript中定時(shí)器功能的特點(diǎn)

無論是Node還是瀏覽器中，都有setTimeout和setInterval這兩個(gè)定時(shí)器函數(shù)，并且其工作特點(diǎn)基本相同，因此下面僅以Node為例進(jìn)行分析。

我們知道，JavaScript中的定時(shí)器并不同于計(jì)算機(jī)底層的定時(shí)中斷。中斷到來時(shí)，當(dāng)前執(zhí)行代碼會(huì)被打斷，轉(zhuǎn)去執(zhí)行定時(shí)中斷處理函數(shù)。而JavaScript的定時(shí)器到時(shí)，如果當(dāng)前執(zhí)行線程沒有正在執(zhí)行的代碼，則執(zhí)行相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)；如果當(dāng)前有代碼在執(zhí)行中，JavaScript引擎既不會(huì)中斷當(dāng)前代碼轉(zhuǎn)去執(zhí)行回調(diào)，也不會(huì)開新的線程執(zhí)行回調(diào)，而是當(dāng)前代碼執(zhí)行完畢之后才去處理。

console.time('A')
setTimeout(function () {
  console.timeEnd('A');
}, 100);
var i = 0;
for (; i < 100000; i++) { }

執(zhí)行上面的代碼，可以看到最終輸出的時(shí)間并不是100ms左右，而是數(shù)秒。這說明在循環(huán)完成之前，定時(shí)回調(diào)函數(shù)確實(shí)沒有被執(zhí)行，而是推遲到了循環(huán)結(jié)束。實(shí)際上在JavaScript代碼執(zhí)行中，所有的事件都無法得到處理，必須等到當(dāng)前代碼全部完成，才能去處理新的事件。這就是為什么在瀏覽器中運(yùn)行耗時(shí)JavaScript代碼時(shí)，瀏覽器會(huì)失去響應(yīng)。為了應(yīng)對(duì)這種情況，我們可以采取Yielding Processes的技巧，將耗時(shí)的代碼分成小塊（chunks），每處理完一塊就執(zhí)行一次setTimeout，約定在一小段時(shí)間后才處理下一塊，而在這段空閑時(shí)間里，瀏覽器/Node可以去處理排隊(duì)中的事件。

補(bǔ)充資料

在JavaScript 高級(jí)程序設(shè)計(jì) 第三版第22章高級(jí)技巧中對(duì)高級(jí)定時(shí)器以及Yielding Processes有較詳細(xì)的討論。

Node中的timer實(shí)現(xiàn)

libuv對(duì)uv_loop_t類型的初始化

上一篇博文提到Node會(huì)調(diào)用libuv的uv_run函數(shù)啟動(dòng)default_loop_ptr進(jìn)行事件調(diào)度，default_loop_ptr指向一個(gè)uv_loop_t類型的變量default_loop_struct。Node啟動(dòng)時(shí)會(huì)調(diào)用uv_loop_init(&default_loop_struct)對(duì)其進(jìn)行初始化，uv_loop_init函數(shù)節(jié)選如下：

int uv_loop_init(uv_loop_t* loop) {
 ...
 loop->time = 0;
 uv_update_time(loop);
 ...
}

可以看到loop的time字段先被賦值為0，之后調(diào)用uv_update_time函數(shù),這會(huì)將最新的計(jì)數(shù)時(shí)間賦給loop.time。

初始化完成之后，default_loop_struct.time就有了一個(gè)初始值，與時(shí)間有關(guān)的操作都會(huì)與此值進(jìn)行比較從而確定是否調(diào)用相應(yīng)回調(diào)函數(shù)。

libuv的事件調(diào)度核心

前面提到uv_run函數(shù)就是libuv庫實(shí)現(xiàn)event loop的核心部分，下面是其流程圖：

這里簡(jiǎn)述一下上面與定時(shí)器相關(guān)的邏輯：

更新當(dāng)前l(fā)oop的time字段，這個(gè)字段標(biāo)志著當(dāng)前l(fā)oop概念下的“現(xiàn)在”；

檢查loop是否alive，也就是說檢查loop中是否還有需要處理的任務(wù)（handlers/requests），如果沒有就不必循環(huán)了；
檢查注冊(cè)過的timer，如果某一個(gè)timer中指定的時(shí)間落后于當(dāng)前時(shí)間了，說明該timer已到時(shí)，于是執(zhí)行其對(duì)應(yīng)的回調(diào)函數(shù)；
執(zhí)行一次I/O polling（即阻塞住線程，等待I/O事件發(fā)生），如果在下一個(gè)timer到期時(shí)還沒有任何I/O完成，則停止等待，執(zhí)行下一個(gè)timer的回調(diào)。

如果發(fā)生了I/O事件，則執(zhí)行對(duì)應(yīng)的回調(diào)；由于執(zhí)行回調(diào)的時(shí)間里可能又有timer到期了，這里要再次檢查timer并執(zhí)行回調(diào)。
（實(shí)際上(4.)這里比較復(fù)雜，不僅僅是一步操作，這樣描述僅是為了不涉及其他細(xì)節(jié)，而專注于timer的實(shí)現(xiàn)。）
Node會(huì)一直調(diào)用uv_run直到loop不再alive。

Node中的timer_wrap與timers

Node中有一個(gè)TimerWrap類，被注冊(cè)為Node內(nèi)部的timer_wrap模塊。

NODE_MODULE_CONTEXT_AWARE_BUILTIN(timer_wrap, node::TimerWrap::Initialize)
其中TimerWrap類基本上就是對(duì)uv_timer_t的一個(gè)直接封裝，NODE_MODULE_CONTEXT_AWARE_BUILTIN是Node用于注冊(cè)built-in模塊的宏。

經(jīng)過這一步操作，JavaScript就可以拿到這個(gè)模塊進(jìn)行操作了。src/lib/timers.js文件使用JavaScript的形式把timer_wrap的功能封裝起來，并導(dǎo)出了exports.setTimeout, exports.setInterval, exports.setImmediate等函數(shù)。

Node啟動(dòng)與global初始化

上一篇提到Node啟動(dòng)時(shí)會(huì)載入執(zhí)行環(huán)境LoadEnvironment(env)，這個(gè)函數(shù)中非常重要的一步就是載入src/node.js并執(zhí)行，src/node.js會(huì)載入指定的模塊并初始化global和process。當(dāng)然，setTimeout等函數(shù)也會(huì)被src/node.js綁定到global對(duì)象上。

以上所述就是本文的全部?jī)?nèi)容了，希望大家能夠喜歡。

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