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初窺JavaScript事件機(jī)制的實(shí)現(xiàn)（二）—— Node.js中定時器的實(shí)現(xiàn)

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摘要：下面通過幾個的定時器示例以及相關(guān)源碼來分析在中，功能到底是怎么實(shí)現(xiàn)的。我們知道，中的定時器并不同于計(jì)算機(jī)底層的定時中斷。補(bǔ)充資料在高級程序設(shè)計(jì)第三版第章高級技巧中對高級定時器以及有較詳細(xì)的討論。至此，這類定時器函數(shù)已經(jīng)可以為所用了。

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JavaScript的定時器示例以及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這兩個定時器函數(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中的定時器并不同于計(jì)算機(jī)底層的定時中斷。中斷到來時，當(dāng)前執(zhí)行代碼會被打斷，轉(zhuǎn)去執(zhí)行定時中斷處理函數(shù)。而JavaScript的定時器到時，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引擎既不會中斷當(dāng)前代碼轉(zhuǎn)去執(zhí)行回調(diào)，也不會開新的線程執(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JavaScript代碼時，瀏覽器會失去響應(yīng)。為了應(yīng)對這種情況，我們可以采取Yielding Processes的技巧，將耗時的代碼分成小塊（chunks），每處理完一塊就執(zhí)行一次setTimeout，約定在一小段時間后才處理下一塊，而在這段空閑時間里，瀏覽器/Node可以去處理排隊(duì)中的事件。

補(bǔ)充資料

在JavaScript 高級程序設(shè)計(jì) 第三版第22章高級技巧中對高級定時器以及Yielding Processes有較詳細(xì)的討論。

Node中的timer實(shí)現(xiàn) libuv對uv_loop_t類型的初始化

上一篇博文提到Node會調(diào)用libuv的uv_run函數(shù)啟動default_loop_ptr進(jìn)行事件調(diào)度，default_loop_ptr指向一個uv_loop_t類型的變量default_loop_struct。Node啟動時會調(diào)用uv_loop_init(&default_loop_struct)對其進(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),這會將最新的計(jì)數(shù)時間賦給loop.time。

初始化完成之后，default_loop_struct.time就有了一個初始值，與時間有關(guān)的操作都會與此值進(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：

這里簡述一下上面與定時器相關(guān)的邏輯：

更新當(dāng)前loop的time字段，這個字段標(biāo)志著當(dāng)前loop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；

檢查注冊過的timer，如果某一個timer中指定的時間落后于當(dāng)前時間了，說明該timer已到時，于是執(zhí)行其對應(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timer到期時還沒有任何I/O完成，則停止等待，執(zhí)行下一個timer的回調(diào)。
如果發(fā)生了I/O事件，則執(zhí)行對應(yīng)的回調(diào)；由于執(zhí)行回調(diào)的時間里可能又有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TimerWrap類，被注冊為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uv_timer_t的一個直接封裝，NODE_MODULE_CONTEXT_AWARE_BUILTIN是Node用于注冊built-in模塊的宏。

經(jīng)過這一步操作，JavaScript就可以拿到這個模塊進(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啟動與global初始化

上一篇提到Node啟動時會載入執(zhí)行環(huán)境LoadEnvironment(env)，這個函數(shù)中非常重要的一步就是載入src/node.js并執(zhí)行，src/node.js會載入指定的模塊并初始化global和process。當(dāng)然，setTimeout等函數(shù)也會被src/node.js綁定到global對象上。

至此，setTimeout/setInterval這類定時器函數(shù)已經(jīng)可以為JavaScript所用了。

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