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初窥JavaScript事件机制的实现(一)—— Node.js事件驱动实现概览

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摘要:如果当前没有事件也没有定时器事件,则返回。相关资料关于的架构及设计思路的事件讨论了使用线程池异步运行代码。下一篇初窥事件机制的实现二中定时器的实现

在浏览器中,事件作为一个极为重要的机制,给予JavaScript响应用户操作与DOM变化的能力;在Node.js中,事件驱动模型则是其高并发能力的基础。

学习JavaScript也需要了解它的运行平台,为了更好的理解JavaScript的事件模型,我打算从Node及浏览器引擎源码入手,分析其底层实现,并将我的分析整理为一系列博文;一方面作为笔记,另一方面也希望能与大家交流,分析和理解有疏漏偏颇之处,还望各位斧正。

简述事件驱动模型

解释JavaScript事件模型本身的好文章已经很多了,可以说这已经是一个说烂了的话题,这里我只简单写一下,并且提供一些好文章的链接。

程序如何响应事件

我们的程序响应外部的事件有如下两种方式:

中断
操作系统处理键盘等硬件输入就是通过中断来进行的,这个方式的好处是即使没有多线程,我们也可以放心地执行我们的代码,CPU收到中断信号之后自动地转去执行相应的中断处理程序,处理完成后会恢复原来的代码的执行环境继续执行。这种方式需要硬件的支持,一般来说都会被操作系统封装起来。

轮询
循环检测是否有事件发生,如果有就去执行相应的处理程序。这在底层和上层的开发中都有应用。
Windows窗口程序就需要在主线程中写下如下代码,通常称做消息循环:

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

消息循环不断检测是否有消息(用户的UI操作、系统消息等)出现,有的话就分发消息,调用相应的回调函数进行处理。
轮询方式的一个缺点就是:如果在主线程的消息循环里进行耗时操作,程序就无法及时响应新的消息。这在JavaScript中表现明显,以后还会提到这一点,并探讨其解决方案。

然而JavaScript中并没有类似消息循环代码,我们只是简单地注册事件,然后等待被调用。这是因为浏览器、Node作为执行平台,已经将event loop实现了,JavaScript代码不需要介入到这个过程中,只需要作为被调用者安静地等待即可。

相关讨论

知乎-关于浏览器处理事件的问题?匿名用户的回答:这个回答里图很不错,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上对event loop的介绍。

Node中的event loop 通过Node源码看event loop的实现

Node采用V8作为JavaScript的执行引擎,同时使用libuv实现事件驱动式异步I/O。其事件循环就是采用了libuv的默认事件循环。

在src/node.cc中,

Environment* env = CreateEnvironment(
        node_isolate,
        uv_default_loop(),
        context,
        argc,
        argv,
        exec_argc,
        exec_argv);

这段代码建立了一个node执行环境,可以看到第三行的uv_default_loop(),这是libuv库中的一个函数,它会初始化uv库本身以及其中的default_loop_struct,并返回一个指向它的指针default_loop_ptr
之后,Node会载入执行环境并完成一些设置操作,然后启动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用来标识是否进行下一轮循环。
env->event_loop()会返回之前保存在env中的default_loop_ptruv_run函数将以指定的UV_RUN_ONCE模式启动libuv的event loop。在这种模式下,uv_run会至少处理一个事件:这意味着,如果当前事件队列中没有需要处理的I/O事件,uv_run会阻塞住,直到有I/O事件需要处理,或者下一个定时器时间到。如果当前没有I/O事件也没有定时器事件,则uv_run返回false。

接下来Node会根据more的情况决定下一步操作:

如果moretrue,则继续运行下一轮loop

如果morefalse,说明已经没有等待处理的事件了,EmitBeforeExit(env);触发进程的"beforeExit"事件,检查并处理相应的处理函数,完成后直接跳出循环。

最后触发"exit"事件,执行相应的回调函数,Node运行结束,后面会进行一些资源释放操作。

在libuv中,event loop会在每次循环的开始更新自己的time从而实现计时功能,而I/O事件则分为两类:

Network I/O是使用系统提供的非阻塞式I/O解决方案,例如在Linux上使用epoll,windows上使用IOCP。

文件操作和DNS操作没有(很好的)系统解决方案,因此libuv自建了线程池,在其中进行阻塞式I/O。

另外我们也可以将自定义的函数抛到线程池中运行,在运行结束后主线程会执行相应的回调函数,不过Node并没有将这一项功能加入到JavaScript中,也就是说只用原生Node是无法在JavaScript中开启新的线程进行并行执行的。

相关资料

libuv Design Overview:关于libuv的架构及设计思路;

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

Node with threads:讨论了使用libuv线程池异步运行JavaScript代码。

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