Node.js 的 Event Loop (事件輪詢)到底在做什麼？

因為網路上的教學文我大部分都有看沒有懂，只好自己實作一遍來了解他的運作機制；希望我這篇文章足夠口語化，讓讀者能輕鬆理解，如果有解釋錯誤或是不夠清晰的部分再煩請告知，謝謝。

大綱
一、請用一段話簡述 Node.js 的 Event Loop
二、Node.js 在 Event Loop 邏輯下的執行順序
三、Event Loop 執行的邏輯
  ➤ 了解 MacroTask 的 6 個階段
  ➤ NextTick Queue 優先層級最高
  ➤ MicroTask Queue 優先層級次高
四、解析一開始 Node.js 範例程式執行順序
  ➤ 順序執行，先把同步函式解決
  ➤ 進入 Event Loop

一、請用一段話簡述 Node.js 的 Event Loop

「Node.js 之所以高效，是因為採取單執行緒與 Event Loop 的概念；將所有需要等待結果、請求外部資源的函式，全部丟到 Event Loop 中等待；而 Event Loop 的邏輯是 Node.js 底層用 C 語言撰寫的 libuv 庫來運行的。」

有興趣的朋友可以來 GitHub 上看 libuv 的程式：

1. 前往 libuv 的 GitHub
2. 看運作的核心程式碼「core.c」
3. 搜尋「uv_run」，直接看最原本的邏輯

二、Node.js 在 Event Loop 邏輯下的執行順序

大家可以先用大腦模擬看看下面程式的執行順序：

console.log('start');

process.nextTick(function () {
    console.log('nextTick1');
});

setTimeout(function () {
    console.log('setTimeout');
}, 0);

new Promise(function (resolve, reject) {
    console.log('promise');
    resolve('resolve');
}).then(function (result) {
    console.log(result);
});

(async function () {
    console.log('async');
})();

setImmediate(function () {
    console.log('setImmediate');
});

process.nextTick(function () {
    console.log('nextTick2');
});

console.log('end');

原始碼：event_loop.js（GitHub Gist）

如果答案跟下面結果一樣，那代表你很了解 Node.js 的 Event Loop 邏輯：

start
promise
async
end
nextTick1
nextTick2
resolve
setTimeout
setImmediate

三、Event Loop 執行的邏輯

了解 MacroTask 的 6 個階段

Timer：等計時器（setTimeout、setInterval）的時間一到，會把他們的 callback 放在這裡等待執行。

Pending callbacks：作業系統層級使用（TCP errors、sockets 連線被拒絕）。

Idle, Prepare：內部使用。

Polling：

1. 如果 Queue 不為空，依次取出 callback 函數執行，直到 Queue 為空或是抵達系統最大限制。
2. 如果 Queue 為空但有設置「setImmediate」就進入 check 階段。
3. 如果 Queue 為空但沒有設置「setImmediate」就會在 Polling 階段等待直到 Queue 有東西或是 Timer 時間抵達。

Check：處理 setImmediate 的 callback。

Close callbacks：處理關閉連線、檔案的 callback。

Macrotask Queue 在 Evevnt Loop 優先層級較低，接下來介紹優先層級更高的兩個 Queue。

NextTick Queue 優先層級最高

「process.nextTick()」的 callback 可以隨意插隊；只要這個 Queue 有東西就會優先執行。

MicroTask Queue 優先層級次高

「Promise 」的狀態從 pending 轉變為 resolve 或 reject 時，此時執行的 callback 會進入這個 Queue。

注意：Promise 在創建時是同步的，不會進入 Event Loop。

四、解析一開始 Node.js 範例程式執行順序

順序執行，先把同步函式解決

1. 因為 Promise 在創建時是同步的，所以會先執行
2. 在 function 前面加上 async 宣告為異步函式，執行時會被轉換為 Promise

console.log('start');

new Promise(function (resolve, reject) {
    console.log('promise');
    resolve('resolve');
}).then(function (result) {
    console.log(result);
});

(async function () {
    console.log('async');
})();

console.log('end');

原始碼：sync_function.js（GitHub Gist）

start
promise
async
end

進入 Event Loop

1. 如果執行過程中遇到 NextTick Queue 就優先執行

process.nextTick(function () {
    console.log('nextTick1');
});

process.nextTick(function () {
    console.log('nextTick2');
});

原始碼：nextTick_queue.js（GitHub Gist）

nextTick1
nextTick2

2. 在處理完最高優先層級後，如果執行過程中遇到 MicroTask Queue 就執行

new Promise(function (resolve, reject) {
    console.log('promise');
    resolve('resolve');
}).then(function (result) {
    console.log(result);
});

原始碼：MicroTask_queue.js（GitHub Gist）

resolve

3. 在前兩個高優先層級的 Queue 清空後，返回 Event Loop 繼續執行，setTimeout 設定的時間已到先執行。

setTimeout(function () {
    console.log('setTimeout');
}, 0);

原始碼：setTimeout_function.js（GitHub Gist）

setTimeout

4. 接著再在「Check」 階段執行 setImmediate

setImmediate(function () {
    console.log('setImmediate');
});

原始碼：setImmediate_function.js（GitHub Gist）

setImmediate

以上步驟執行完成後就是範例程式的解答啦～希望對大家理解 Event Loop 有幫助。

參考資源：

1. 完整圖解Node.js的Event Loop(事件迴圈)
2. 15 尚硅谷 前端面试题 nodejs事件轮询机制