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nodejs事件循环阶段之定时器

上一篇分析了prepare阶段,check和idle阶段是一样的,所以就不分析了。今天分析定时器阶段。nodejs中setTimeout和setInterval就是使用libuv的定时器阶段实现的。libuv中,定时器是以最小堆实现的。即最快过期的节点是根节点。我看看定时器的数据结构。

在这里插入图片描述

看一下定时器的使用。

int main() 
  v_timer_t once;
  uv_timer_init(uv_default_loop(), &once);
  uv_timer_start(&once, once_cb, 10, 0);
  uv_run(uv_default_loop(), UV_RUN_DEFAULT);
  return 0;
}

我们从uv_timer_init函数开始分析。

// 初始化uv_timer_t结构体
int uv_timer_init(uv_loop_t* loop, uv_timer_t* handle) {
  uv__handle_init(loop, (uv_handle_t*)handle, UV_TIMER);
  handle->timer_cb = NULL;
  handle->repeat = 0;
  return 0;
}

init函数和其他阶段的init函数一样,初始化handle和私有的一些字段。接着我们看start函数。该函数是启动一个定时器(省略部分代码)。

// 启动一个计时器
int uv_timer_start(
   uv_timer_t* handle,
   uv_timer_cb cb,
   uint64_t timeout,
   uint64_t repeat
 ) {
  uint64_t clamped_timeout;

  // 重新执行start的时候先把之前的停掉
  if (uv__is_active(handle))
    uv_timer_stop(handle);
  // 超时时间,为绝对值
  clamped_timeout = handle->loop->time + timeout;
  // 初始化回调,超时时间,是否重复计时,赋予一个独立无二的id
  handle->timer_cb = cb;
  handle->timeout = clamped_timeout;
  handle->repeat = repeat;
  /* start_id is the second index to be compared in uv__timer_cmp() */
  handle->start_id = handle->loop->timer_counter++;
  // 插入最小堆
  heap_insert(timer_heap(handle->loop),
              (struct heap_node*) &handle->heap_node,
              timer_less_than);
  // 激活该handle
  uv__handle_start(handle);

  return 0;
}

start函数首先初始化handle里的某些字段,包括超时回调,是否重复启动定时器、超时的绝对时间等。接着把handle节点插入到最小堆中。最后给这个handle打上标记,激活这个handle。这时候的结构体如下。

在这里插入图片描述

这时候到了事件循环的timer阶段。

// 找出已经超时的节点,并且执行里面的回调
void uv__run_timers(uv_loop_t* loop) {
  struct heap_node* heap_node;
  uv_timer_t* handle;

  for (;;) {
    heap_node = heap_min(timer_heap(loop));
    if (heap_node == NULL)
      break;

    handle = container_of(heap_node, uv_timer_t, heap_node);
    // 如果当前节点的时间大于当前时间则返回,说明后面的节点也没有超时
    if (handle->timeout > loop->time)
      break;
    // 移除该计时器节点,重新插入最小堆,如果设置了repeat的话
    uv_timer_stop(handle);
    uv_timer_again(handle);
    // 执行超时回调
    handle->timer_cb(handle);
  }
}

libuv在每次事件循环开始的时候都会缓存当前的时间,在整个一轮的事件循环中,使用的都是这个缓存的时间。缓存了当前最新的时间后,就执行uv__run_timers,该函数的逻辑很明了,就是遍历最小堆,找出当前超时的节点。因为堆的性质是父节点肯定比孩子小。所以如果找到一个节点,他没有超时,则后面的节点也不会超时。对于超时的节点就知道他的回调。执行完回调后,还有两个关键的操作。第一就是stop,第二就是again。

// 停止一个计时器
int uv_timer_stop(uv_timer_t* handle) {
  if (!uv__is_active(handle))
    return 0;
  // 从最小堆中移除该计时器节点
  heap_remove(timer_heap(handle->loop),
              (struct heap_node*) &handle->heap_node,
              timer_less_than);
  // 清除激活状态和handle的active数减一
  uv__handle_stop(handle);
  return 0;
}

stop的逻辑很简单,其实就是把handle从二叉堆中删除。并且取消激活状态。那么againt又是什么呢?again是为了支持setInterval这种场景。

// 重新启动一个计时器,需要设置repeat标记 
int uv_timer_again(uv_timer_t* handle) {
  // 如果设置了repeat标记说明计时器是需要重复触发的
  if (handle->repeat) {
    // 先把旧的计时器节点从最小堆中移除,然后再重新开启一个计时器
    uv_timer_stop(handle);
    uv_timer_start(handle, handle->timer_cb, handle->repeat, handle->repeat);
  }

  return 0;
}

如果handle设置了repeat标记,则该handle在超时后,每repeat的时间后,就会继续执行超时回调。对于setInterval,就是超时时间是x,每x的时间后,执行回调。这就是nodejs里定时器的底层原理。但nodejs不是每次调setTimeout的时候都往最小堆插入一个节点。nodejs里,只有一个关于uv_timer_s的handle。他在js层维护了一个数据结构,每次计算出最早到期的节点,然后修改handle的超时时间。具体原理在之前的一篇文章已经分析过。 timer阶段和poll io阶段也有一些联系,因为poll io可能会导致主线程阻塞,为了保证主线程可以尽快执行定时器的回调,poll io不能一直阻塞,所以这时候,阻塞的时长就是最快到期的定时器节点的时长。

本文分享自微信公众号 - 编程杂技(theanarkh),作者:theanarkh

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原始发表时间:2020-03-10

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