node基础面试事件环？微任务、宏任务？一篇带你飞

2022-05-16 21:49:38

培育能力的事必须继续不断地去做，又必须随时改善学习方法，提高学习效率，才会成功。 —— 叶圣陶

一、我们为什么要使用node，它的好处是什么？

Node的首要目标是提供一种简单的，用于创建高性能服务器的开发工具。还要解决web服务器高并发的用户请求。

解决高并发？

我们这里来举个例子，我们node和java相比，在同样的请求下谁更占优一点。看图

当用户请求量增高时，node相对于java有更好的处理并发性能，它可以快速通过主线程绑定事件。java每次都要创建一个线程，虽然java现在有个线程池的概念，可以控制线程的复用和数量。
异步i/o操作，node可以更快的操作数据库。java访问数据库会遇到一个并行的问题，需要添加一个锁的概念。我们这里可以打个比方，下课去饮水机接水喝，java是一下子有喝多人去接水喝，需要等待，node是每次都只去一个人接水喝。
密集型CPU运算指的是逻辑处理运算、压缩、解压、加密、解密，node遇到CPU密集型运算时会阻塞主线程(单线程)，导致其下面的时间无法快速绑定，所以node不适用于大型密集型CPU运算案例，而java却很适合。

node在web端场景？

web端场景主要是用户的请求或者读取静态资源什么的，很适合node开发。应用场景主要有聊天服务器，电子商务网站等等这些高并发的应用。

二、node是什么？

Node.js是一个基于 Chrome V8 引擎的JavaScript运行环境(runtime),Node不是一门语言，是让js运行在后端的运行时,并且不包括javascript全集,因为在服务端中不包含DOM和BOM,Node也提供了一些新的模块例如http,fs模块等。Node.js 使用了事件驱动、非阻塞式 I/O的模型，使其轻量又高效并且Node.js 的包管理器 npm，是全球最大的开源库生态系统。

总而言之，言而总之，它只是一个运行时，一个运行环境。

node特性

主线程是单线程（异步），将后续的逻辑写成函数，传入到当前执行的函数中，当执行的函数得到了结果后，执行传入的函数（回调函数）。
五个人同时吃一碗饭（异步）。
阻塞不能异步（现在假定数据库是厨师，服务员是node，顾客是请求，一般是厨师做菜让一个服务员递给多个用户，如果厨师邀请服务员聊天，就会导致阻塞，并且是针对内核说的）。
i/o操作，读写操作，异步读写（能用异步绝不用同步） 非阻塞式i/o，即可以异步读写。
event-driven事件驱动（发布订阅）。

node的进程与线程

进程是操作系统分配资源和调度任务的基本单位,线程是建立在进程上的一次程序运行单位，一个进程上可以有多个线程。

在此之前我们先来看看浏览器的进程机制

自上而下，分别是：

用户界面--包括地址栏、书签菜单等
浏览器引擎--用户界面和渲染引擎之间的传送指令（浏览器的主进程）
渲染引擎--浏览器的内核，如（webkit，Gecko）
其他--网络请求，js线程和ui线程

从我们的角度来看，我们更关心的是浏览器的渲染引擎，让我们往下看。

渲染引擎

渲染引擎是多线程的，包含ui线程和js线程。ui线程和js线程会互斥，因为js线程的运行结果会影响ui线程，ui更新会被保存在队列，直到js线程空闲，则被取出来更新。
js单线程是单线程的，为什么呢？假如js是多线程的，那么操作DOM就是多线程操作，那样的话就会很混乱，DOM不知道该听谁的，而这里的单线程指得是主线程是单线程的，他同样可以有异步线程，通过队列存放这些线程，而主线程依旧是单线程，这个我们后面再讲。所以在node中js也是单线程的。
单线程的好处就是节约内存，不需要再切换的时候执行上下文，也不用管锁的概念，因为我们每次都通过一个。

三、浏览器中的Event Loop

这里我先要说一下浏览器的事件环，可能有人会说，你这篇文章明明是讲node的怎么会扯到浏览器。首先他们都是以js为底层语言的不同运行时，有其相似之处，再者多学一点也不怕面试官多问。好了我废话不多说，开始。

首先我们需要知道堆，栈和队列的关系和意义。

堆（heap）：堆是存放对象的一个空间（Object、function）
队列（loop）：是指存放所有异步请求操作的结果，直到有一个异步操作完成它的使命，就会在loop中添加一个事件，队列是先进先出的，比如下面的图，最先进队列的会先被打出去

栈（stack）：栈本身是存储基础的变量，比如1，2，3，还有引用的变量，这里可能有人会问你上面的堆不是存放引用类型的对象吗，怎么变栈里去了。这里我要解释一下，因为栈里面的存放的引用变量是指向堆里的引用对象的地址，只是一串地址。这里栈代表的是执行栈，我们js的主线程。栈是先进后出的，先进后出就是相当于喝水的水杯，我们倒水进去，理论上喝到的水是最后进水杯的。我们可以看代码，follow me。

function a(){
  console.log('a')
  function b(){
    console.log('b')    
    function c(){
      console.log('c')
    }
    c()
  }
  b()
}
a()

//这段代码是输出a,b,c,执行栈中的顺序的c，b，a，如果是遵循先进先出，就是输出c，b，a。所以栈先进后出这个特性大家要牢记。
复制代码

OK,现在大家已经知道堆，栈和队列的关系，现在我们来看一张图。

我分析一下这张图

我们的同步任务在主线程上运行会形成一个执行栈
如果碰到异步任务，比如setTimeout、onClick等等的一些操作，我们会将他的执行结果放入队列，此期间主线程不阻塞
等到主线程中的所有同步任务执行完毕，就会通过event loop在队列里面从头开始取，在执行栈中执行
event loop永远不会断
以上的这一整个流程就是Event Loop（事件循环机制）

微任务、宏任务？

macro-task(宏任务): setTimeout，setImmediate，MessageChannel micro-task(微任务): 原生Promise(有些实现的promise将then方法放到了宏任务中),Object.observe(已废弃), MutationObserver

微任务和宏任务皆为异步任务，它们都属于一个队列，主要区别在于他们的执行顺序，Event Loop的走向和取值。那么他们之间到底有什么区别呢

每次执行栈的同步任务执行完毕，就会去任务队列中取出完成的异步任务，队列中又分为microtasks queues和宏任务队列等到把microtasks queues所有的microtasks都执行完毕,注意是所有的,他才会从宏任务队列中取事件。等到把队列中的事件取出一个，放入执行栈执行完成，就算一次循环结束，之后event loop还会继续循环，他会再去microtasks queues执行所有的任务，然后再从宏任务队列里面取一个，如此反复循环。

同步任务执行完
去执行microtasks，把所有microtasks queues清空
取出一个macrotasks queues的完成事件，在执行栈执行
再去执行microtasks
...
...
...

我这么说可能大家会有点懵，不慌，我们来看一道题

setTimeout(()=>{
  console.log('setTimeout1')
},0)
let p = new Promise((resolve,reject)=>{
  console.log('Promise1')
  resolve()
})
p.then(()=>{
  console.log('Promise2')    
})
复制代码

最后输出结果是Promise1，Promise2，setTimeout1

Promise参数中的Promise1是同步执行的，Promise还不是很了解的可以看看我另外一篇文章Promise之你看得懂的Promise,
其次是因为Promise是microtasks，会在同步任务执行完后会去清空microtasks queues，
最后清空完微任务再去宏任务队列取值。

Promise.resolve().then(()=>{
  console.log('Promise1')  
  setTimeout(()=>{
    console.log('setTimeout2')
  },0)
})

setTimeout(()=>{
  console.log('setTimeout1')
  Promise.resolve().then(()=>{
    console.log('Promise2')    
  })
},0)
复制代码

这回是嵌套，大家可以看看，最后输出结果是Promise1，setTimeout1，Promise2，setTimeout2

一开始执行栈的同步任务执行完毕，会去microtasks queues找
清空microtasks queues，输出Promise1，同时会生成一个异步任务setTimeout1
去宏任务队列查看此时队列是setTimeout1在setTimeout2之前，因为setTimeout1执行栈一开始的时候就开始异步执行,所以输出setTimeout1，在执行setTimeout1时会生成Promise2的一个microtasks，放入microtasks queues中
接着又是一个循环，去清空microtasks queues，输出Promise2
清空完microtasks queues，就又会去宏任务队列取一个，这回取的是setTimeout2

四、node中的事件环

node的事件环相比浏览器就不一样了，我们先来看一张图，他的工作流程

首先我们能看到我们的js代码（APPLICATION）会先进入v8引擎,v8引擎中主要是一些setTimeout之类的方法。
其次如果我们的代码中执行了nodeApi，比如require('fs').read()，node就会交给libuv库处理，这个libuv库是别人写的，他就是node的事件环。
libuv库是通过单线程异步的方式来处理事件，我们可以看到work threads是个多线程的队列，通过外面event loop阻塞的方式来进行异步调用。
等到work threads队列中有执行完成的事件，就会通过EXECUTE CALLBACK回调给EVENT QUEUE队列，把它放入队列中。
最后通过事件驱动的方式，取出EVENT QUEUE队列的事件，交给我们的应用

node中的event loop

node中的event loop是在libuv里面的，libuv里面有个事件环机制，他会在启动node时，初始化事件环

这里的每一个阶段都对应着一个事件队列
每当event loop执行到某个阶段时，都会执行对应的事件队列中的事件，依次执行
当该队列执行完毕或者执行数量超过上限，event loop就会执行下一个阶段
每当event loop切换一个执行队列时，就会去清空microtasks queues，然后再切换到下个队列去执行，如此反复

这里我们要注意setImmediate是属于check队列的，还有poll队列主要是异步的I/O操作，比如node中的fs.readFile()

我们来具体看一下他的用法吧

setImmediate(()=>{
  console.log('setImmediate1')
  setTimeout(()=>{
    console.log('setTimeout1')    
  },0)
})
setTimeout(()=>{
  console.log('setTimeout2') 
  process.nextTick(()=>{console.log('nextTick1')})
  setImmediate(()=>{
    console.log('setImmediate2')
  })   
},0)
复制代码

首先我们可以看到上面的代码先执行的是setImmediate1,此时event loop在check队列
然后setImmediate1从队列取出之后，输出setImmediate1，然后会将setTimeout1执行
此时event loop执行完check队列之后，开始往下移动，接下来执行的是timers队列
这里会有问题，我们都知道setTimeout1设置延迟为0的话，其实还是有4ms的延迟，那么这里就会有两种情况。先说第一种，此时setTimeout1已经执行完毕
- 根据node事件环的规则，我们会执行完所有的事件，即取出timers队列中的setTimeout2,setTimeout1
- 此时根据队列先进先出规则，输出顺序为setTimeout2,setTimeout1，在取出setTimeout2时，会将一个process.nextTick执行（执行完了就会被放入微任务队列），再将一个setImmediate执行（执行完了就会被放入check队列）
- 到这一步，event loop会再去寻找下个事件队列，此时event loop会发现微任务队列有事件process.nextTick，就会去清空它，输出nextTick1
- 最后event loop找到下个有事件的队列check队列，执行setImmediate，输出setImmediate2
假如这里setTimeout1还未执行完毕（4ms耽误了它的终身大事？）
- 此时event loop找到timers队列，取出*timers队列**中的setTimeout2，输出setTimeout2，把process.nextTick执行，再把setImmediate执行
- 然后event loop需要去找下一个事件队列，这里大家要注意一下，这里会发生2步操作，1、setTimeout1执行完了，放入timers队列。2、找到微任务队列清空。，所以此时会先输出nextTick1
- 接下来event loop会找到check队列，取出里面已经执行完的setImmediate2
- 最后event loop找到timers队列，取出执行完的setTimeout1。这种情况下event loop比上面要多切换一次

所以有两种答案

setImmediate1,setTimeout2,setTimeout1,nextTick1,setImmediate2
setImmediate1,setTimeout2,nextTick1,setImmediate2,setTimeout1

这里的图只参考了第一种情况，另一种情况也类似

五、node的同步、异步，阻塞、非阻塞

同步：即为调用者等待被调用者这个过程，如果被调用者一直不反回结果，调用者就会一直等待，这就是同步，同步有返回值
异步：即为调用者不等待被调用者是否返回，被调用者执行完了就会通过状态、通知或者回调函数给调用者，异步没有返回值
阻塞：指代当前线程在结果返回之前会被挂起，不会继续执行下去
非阻塞：即当前线程不管你返回什么，都会继续往下执行

有些人可能会搞乱他们之间的关系，同步、异步是被调用者的状态，阻塞、非阻塞是调用者的状态、消息

接下来我们来看看他们的组合会是怎么样的

组合	意义
同步阻塞	这就相当于我去饭店吃饭，我需要在厨房等待菜烧好了，才能吃。我是调用者我需要等待上菜于是被阻塞，菜是被调用者做好直接给我是同步
异步阻塞	我去饭店吃饭，我需要等待菜烧好了才能吃，但是厨师有事，希望之后处理完事能做好之后通知我去拿，我作为调用者等待就是阻塞的，而菜作为被调用者是做完之后通知我的，所以是异步的，这种方式一般没用。
同步非阻塞	我去饭店吃饭，先叫了碗热菜，在厨房等厨师做菜，但我很饿，就开始吃厨房冷菜，我是调用者我没等热菜好就开始吃冷菜，是非阻塞的，菜作为被调用者做好直接给我是同步的，这种方式一般也没人用
异步非阻塞	我去饭店吃饭。叫了碗热菜，厨师在做菜，但我很饿，先吃冷菜，厨师做好了通知我去拿，我是调用者我不会等热菜烧好了再吃冷菜，是非阻塞的，菜作为被调用者通知我拿是异步的

结尾

希望大家看了本篇文章都有收获，这样出去面试的时候就不会这样

而是这样。好了，最后希望大家世界杯都能够逢赌必赢，自己喜欢的球队也能够杀进决赛。

原文发布时间：2018-6-20

原文作者：上帝的眼

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