【五】Node.js事件循环中的I/O轮询

欢迎来到我们关于可视化Node.js事件循环的系列文章的第五篇。在上一篇文章中，我们探讨了I/O队列及其在执行异步代码时的优先级顺序。在本文中，我们将继续专注于I/O队列，并逐渐引入检查队列。有一个重要的观点需要注意，我将在我们的下一个实验中解释。

回调函数队列

在我们继续实验之前，我想提一下，为了将回调函数入队到检查队列中，我们使用内置的setImmediate()函数。语法很简单：setImmediate(callbackFn)。当这个函数在调用栈上执行时，回调函数将被入队到检查队列中。

前八个实验涉及微任务、计时器和I/O队列，并已在之前的文章中介绍过。所有实验都是使用CommonJS模块格式运行的。

实验 9

// index.js
const fs = require("fs");

fs.readFile(__filename, () => {
  console.log("this is readFile 1");
});

process.nextTick(() => console.log("this is process.nextTick 1"));
Promise.resolve().then(() => console.log("this is Promise.resolve 1"));
setTimeout(() => console.log("this is setTimeout 1"), 0);
setImmediate(() => console.log("this is setImmediate 1"));

for (let i = 0; i < 2000000000; i++) {}

代码片段延续了前一个实验。它包括对readFile()的调用，将回调函数排入I/O队列，对process.nextTick()的调用，将回调函数排入nextTick队列，对Promise.resolve().then()的调用，将回调函数排入promise队列，以及对setTimeout()的调用，将回调函数排入计时器队列。

在这个实验中引入的setImmediate()调用将回调函数排入检查队列。为了避免实验7中的计时器问题，一个长时间运行的for循环确保当控制进入计时器队列时，setTimeout()计时器已经过去，回调准备好被执行。

如果运行代码片段，您可能会注意到输出不是您所期望的。来自setImmediate()的回调消息在readFile()的回调消息之前被记录。这里是参考输出。

这可能看起来有些奇怪，因为I/O队列出现在检查队列之前，但一旦我们理解了在这两个队列之间发生的I/O轮询的概念，就会变得合理。为了帮助说明这个概念，让我提供一个可视化。
首先，所有函数都在调用栈上执行，导致回调函数排队到相应的队列中。然而，readFile()的回调函数并没有同时排队。让我解释一下为什么。

当控制进入事件循环时，首先检查微任务队列中的回调函数。在这种情况下，nextTick队列和promise队列中各有一个回调函数。nextTick队列具有优先级，因此我们首先看到"nextTick 1"被记录，然后是"Promise 1"。

两个队列都是空的，控制权移动到计时器队列。有一个回调函数，将"setTimeout 1"记录到控制台。

现在来看有趣的部分。当控制进入I/O队列时，我们期望readFile()的回调函数会出现，对吗？毕竟，我们有一个长时间运行的for循环，而且readFile()应该已经完成了。

然而，在现实中，事件循环必须进行轮询以检查I/O操作是否已完成，它只会将已完成操作的回调排队。这意味着当控制第一次进入I/O队列时，队列仍然为空。

然后，控制权移动到事件循环的轮询部分，在那里它询问readFile()任务是否已完成。readFile()确认已完成，并且事件循环现在将关联的回调函数添加到I/O队列中。然而，执行已经超过了I/O队列，回调函数必须等待轮到它被执行。

然后，控制进入检查队列，在那里找到一个回调函数。它将"setImmediate 1"记录到控制台，然后开始一个新的迭代，因为在事件循环的当前迭代中没有其他要处理的内容了。

看起来微任务队列和计时器队列都是空的，但是I/O队列中有一个回调函数。执行了这个回调函数，最终将"readFile 1"记录到控制台。

这就是为什么我们在"setImmediate 1"之前看到"readFile 1"被记录的原因。这种行为实际上在我们之前的实验中也发生过，但是我们没有进一步的代码来运行，所以我们没有观察到它。

只有在I/O完成后，I/O事件才会被轮询，并且回调函数会被添加到I/O队列中。

结论

一旦I/O操作完成，其回调函数不会立即排队到I/O队列中。相反，I/O轮询阶段检查I/O操作的完成情况，并将已完成操作的回调函数排队。这有时会导致在I/O队列回调之前执行检查队列回调。

然而，当两个队列都包含回调函数时，I/O队列中的回调函数始终具有优先级并且会先运行。当设计依赖于I/O回调的系统时，理解这种行为对于确保回调的正确顺序和执行至关重要。