初窺JavaScript事件機制的實現（一）—— Node.js事件驅動實現概覽

lavor 發布于2019-08-21 10:33 / 3495人閱讀

摘要：如果當前沒有事件也沒有定時器事件，則返回。相關資料關于的架構及設計思路的事件討論了使用線程池異步運行代碼。下一篇初窺事件機制的實現二中定時器的實現

在瀏覽器中，事件作為一個極為重要的機制，給予JavaScript響應用戶操作與DOM變化的能力；在Node.js中，事件驅動模型則是其高并發能力的基礎。

學習JavaScript也需要了解它的運行平臺，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，分析其底層實現，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。

簡述事件驅動模型

解釋JavaScript事件模型本身的好文章已經很多了，可以說這已經是一個說爛了的話題，這里我只簡單寫一下，并且提供一些好文章的鏈接。

程序如何響應事件

我們的程序響應外部的事件有如下兩種方式：

中斷
操作系統處理鍵盤等硬件輸入就是通過中斷來進行的，這個方式的好處是即使沒有多線程，我們也可以放心地執行我們的代碼，CPU收到中斷信號之后自動地轉去執行相應的中斷處理程序，處理完成后會恢復原來的代碼的執行環境繼續執行。這種方式需要硬件的支持，一般來說都會被操作系統封裝起來。

輪詢
循環檢測是否有事件發生，如果有就去執行相應的處理程序。這在底層和上層的開發中都有應用。
Windows窗口程序就需要在主線程中寫下如下代碼，通常稱做消息循環：

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

消息循環不斷檢測是否有消息（用戶的UI操作、系統消息等）出現，有的話就分發消息，調用相應的回調函數進行處理。
輪詢方式的一個缺點就是：如果在主線程的消息循環里進行耗時操作，程序就無法及時響應新的消息。這在JavaScript中表現明顯，以后還會提到這一點，并探討其解決方案。

然而JavaScript中并沒有類似消息循環代碼，我們只是簡單地注冊事件，然后等待被調用。這是因為瀏覽器、Node作為執行平臺，已經將event loop實現了，JavaScript代碼不需要介入到這個過程中，只需要作為被調用者安靜地等待即可。

相關討論

知乎-關于瀏覽器處理事件的問題?匿名用戶的回答：這個回答里圖很不錯，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event loop的介紹。

Node中的event loop 通過Node源碼看event loop的實現

Node采用V8作為JavaScript的執行引擎，同時使用libuv實現事件驅動式異步I/O。其事件循環就是采用了libuv的默認事件循環。

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node執行環境，可以看到第三行的uv_default_loop()，這是libuv庫中的一個函數，它會初始化uv庫本身以及其中的default_loop_struct，并返回一個指向它的指針default_loop_ptr。
之后，Node會載入執行環境并完成一些設置操作，然后啟動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用來標識是否進行下一輪循環。
env->event_loop()會返回之前保存在env中的default_loop_ptr，uv_run函數將以指定的UV_RUN_ONCE模式啟動libuv的event loop。在這種模式下，uv_run會至少處理一個事件：這意味著，如果當前事件隊列中沒有需要處理的I/O事件，uv_run會阻塞住，直到有I/O事件需要處理，或者下一個定時器時間到。如果當前沒有I/O事件也沒有定時器事件，則uv_run返回false。

接下來Node會根據more的情況決定下一步操作：

如果more為true，則繼續運行下一輪loop。

如果more為false，說明已經沒有等待處理的事件了，EmitBeforeExit(env);觸發進程的"beforeExit"事件，檢查并處理相應的處理函數，完成后直接跳出循環。

最后觸發"exit"事件，執行相應的回調函數，Node運行結束，后面會進行一些資源釋放操作。

在libuv中，event loop會在每次循環的開始更新自己的time從而實現計時功能，而I/O事件則分為兩類：

Network I/O是使用系統提供的非阻塞式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操作沒有（很好的）系統解決方案，因此libuv自建了線程池，在其中進行阻塞式I/O。

另外我們也可以將自定義的函數拋到線程池中運行，在運行結束后主線程會執行相應的回調函數，不過Node并沒有將這一項功能加入到JavaScript中，也就是說只用原生Node是無法在JavaScript中開啟新的線程進行并行執行的。

相關資料

libuv Design Overview：關于libuv的架構及設計思路；

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

Node with threads：討論了使用libuv線程池異步運行JavaScript代碼。

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