強大的異步專家process.nextTick()

在閱讀mqtt.js源碼的時候，遇到一段很令人疑惑的代碼。
nextTickWork中調(diào)用process.nextTick(work)，其中函數(shù)work又調(diào)用了nextTickWork。
這怎么這想遞歸呢？又有點像死循環(huán)？
到底是怎么回事啊，下面我們來系統(tǒng)性學(xué)習(xí)一下process.nextTick()。

writable._write = function (buf, enc, done) {
    completeParse = done
    parser.parse(buf)
    work() // 開始nextTick
}
function work () {
  var packet = packets.shift()
  if (packet) {
    that._handlePacket(packet, nextTickWork) // 注意這里
  } else {
    var done = completeParse
    completeParse = null
    if (done) done()
  }
}
function nextTickWork () {
  if (packets.length) {
    process.nextTick(work) // 注意這里
  } else {
    var done = completeParse
    completeParse = null
    done()
  }
}
  • 初識process.nextTick()
    • 語法（callback和可選args）
    • process.nextTick()知識點
    • process.nextTick()使用示例
      • 最簡單的例子
      • process.nextTick()可用于控制代碼執(zhí)行順序
      • process.nextTick()可完全異步化API
  • 如何理解process.nextTick()？
  • 為什么說process.nextTick()是更加強大的異步專家？
    • process.nextTick()比setTimeout()更嚴(yán)格的延遲調(diào)用
    • process.nextTick()解決的實際問題
  • 為什么要用process.nextTick()？
    • 允許用戶處理error，清除不需要的資源，或者在事件循環(huán)前再次嘗試請求
    • 有時確保callback在call stack unwound（解除）后，event loop繼續(xù)循環(huán)前 調(diào)用
  • 回顧一下

初識process.nextTick()

語法（callback和可選args）

process.nextTick(callback[, ...args])
  • callback 回調(diào)函數(shù)
  • args 調(diào)用callback時額外傳的參數(shù)

process.nextTick()知識點

  • process.nextTick()會將callback添加到”next tick queue“
  • ”next tick queue“會在當(dāng)前JavaScript stack執(zhí)行完成后，下一次event loop開始執(zhí)行前按照FIFO出隊
  • 如果遞歸調(diào)用process.nextTick()可能會導(dǎo)致一個無限循環(huán)，需要去適時終止遞歸。
  • process.nextTick()可用于控制代碼執(zhí)行順序。保證方法在對象完成constructor后但是在I/O發(fā)生前調(diào)用。
  • process.nextTick()可完全異步化API。API要么100%同步要么100%異步是很重要的，可以通過process.nextTick()去達到這種保證

process.nextTick()使用示例

  • 最簡單的例子
  • process.nextTick()對于API的開發(fā)很重要
最簡單的例子
console.log('start');
process.nextTick(() => {
  console.log('nextTick callback');
});
console.log('scheduled');
// start
// scheduled
// nextTick callback
process.nextTick()可用于控制代碼執(zhí)行順序

process.nextTick()可用于賦予用戶一種能力，去保證方法在對象完成constructor后但是在I/O發(fā)生前調(diào)用。

function MyThing(options) {
  this.setupOptions(options);
  process.nextTick(() => {
    this.startDoingStuff();
  });
}
const thing = new MyThing();
thing.getReadyForStuff(); // thing.startDoingStuff() 在準(zhǔn)備好之后再調(diào)用，而不是在初始化就調(diào)用
API要么100%同步要么100%異步時很重要的

API要么100%同步要么100%異步是很重要的，可以通過process.nextTick()去使得一個API完全異步化達到這種保證。

// 可能是同步，可能是異步的API
function maybeSync(arg, cb) {
  if (arg) {
    cb();
    return;
  }
  fs.stat('file', cb);
}

// maybeTrue可能為false可能為true，所以foo(),bar()的執(zhí)行順序無法保證。
const maybeTrue = Math.random() > 0.5;
maybeSync(maybeTrue, () => {
  foo();
});
bar();

如何使得API完全是一個async的API呢？或者說如何保證foo()在bar()之后調(diào)用呢？
通過process.nextTick()完全異步化。

// 完全是異步的API
function definitelyAsync(arg, cb) {
  if (arg) {
    process.nextTick(cb);
    return;
  }
  fs.stat('file', cb);
}

如何理解process.nextTick()

你也許會發(fā)現(xiàn)process.nextTick()不會在代碼中出現(xiàn)，即使它是異步API的一部分。這是為什么呢？因為process.nextTick()不是event loop的技術(shù)部分。取而代之的是，nextTickQueue會在當(dāng)前的操作完成后執(zhí)行，不考慮event loop的當(dāng)前階段。在這里，operation的定義是指從底層的C/C++處理程序到處理需要執(zhí)行的JavaScript的轉(zhuǎn)換。

回過頭來看我們的程序，任何階段你調(diào)用process.nextTick()，所有傳遞進process.nextTick()的callback會在event loop繼續(xù)前完成解析。這會造成一些糟糕的情況，通過建立一個遞歸的process.nextTick()調(diào)用，它允許你“starve”你的I/O。，這樣可以使得event loop不到達poll階段。

為什么說process.nextTick()是更加強大的異步專家？

process.nextTick()比setTimeout()更精準(zhǔn)的延遲調(diào)用

為什么說“process.nextTick()比setTimeout()更精準(zhǔn)的延遲調(diào)用”呢？
不要著急，帶著疑問去看下文即可?？炊湍苷业酱鸢?。

為什么Node.js要設(shè)計這種遞歸的process.nextTick()呢 ？這是因為Node.js的設(shè)計哲學(xué)的一部分是API必須是async的，即使它沒有必要。 看下下面的例子：

function apiCall(arg, callback) {
    if(typeof arg !== 'string'){
        return process.nextTick(callback, new TypeError('argument should be string'));
    }
}

代碼片段做了argument的檢查，如果它不是string類型的話，它會將一個error傳遞進callback中。這個API最近進行了更新，允許將參數(shù)傳遞到process.nextTick()，從而允許在callback之后傳遞的任何參數(shù)作為回調(diào)的參數(shù)進行傳遞，這樣就不用嵌套函數(shù)了。

我們現(xiàn)在做的是將一個error傳遞到user，但是必須在我們允許執(zhí)行的代碼執(zhí)行完之后。通過使用process.nextTick()，我們可以保證apiCall總是在用戶代碼的其余部分和允許事件循環(huán)繼續(xù)之前運行它的callback。為了實現(xiàn)這一點，JS call stack可以被展開，然后immediately執(zhí)行提供的回調(diào)，從而允許一個人遞歸調(diào)用process.nextTick()而不至于拋出RangeError: Maximum call stack size exceeded from v8.）

一句話概括的話就是：process.nextTick()可以保證我們要執(zhí)行的代碼會正常執(zhí)行，最后再拋出這個error。這個操作是setTimeout()無法做到的，因為我們并不知道執(zhí)行那些代碼需要多長時間。

是怎么做到process.nextTick(callback)比setTimeout()更嚴(yán)格的延遲調(diào)用的呢？
process.nextTick(callback)可以保證在這一次事件循環(huán)的call stack 解除（unwound）后，在下一次事件循環(huán)前，調(diào)用callback。

可以把原因再講得詳細一點嗎？

process.nextTick()會在這一次event loop的call stack清空后（下一次event loop開始前）再調(diào)用callback。而setTimeout()是并不知道什么時候call stack清空的。我們setTimeout(cb, 1000)，可能1s后，由于種種原因call 棧中還留存了幾個函數(shù)沒有調(diào)用，調(diào)大到10秒又很不合適，因為它可能1.1秒就執(zhí)行完了。

相信有一定開發(fā)經(jīng)驗的同學(xué)一看就懂，一看就知道process.nextTick()的強大了。
心里默念：“終于不用調(diào)坑爹的setTimeout延遲參數(shù)了！”

強大的process.nextTick()解決的實際問題

這個哲學(xué)會導(dǎo)致一些潛在問題。下面來看下這段代碼：

let bar;
//  它是異步，但是同步調(diào)用callback
function someAsyncApiCall(callback) { callback(); }
// callback在someAsyncApiCall完成前調(diào)用
someAsyncApiCall(() => {
  // 因為someAsyncApiCall還沒有完成，bar還未賦值
  console.log('bar', bar); // undefined
});
bar = 1;

用戶定義了有一個異步簽名的someAsyncApiCall()，但是它實際上同步執(zhí)行了。當(dāng)someAsyncApiCall()調(diào)用的時候，內(nèi)部的callback在異步操作還沒完成前就調(diào)用了，callback嘗試獲得bar的引用，但是作用域內(nèi)是沒有這個變量的，因為script還沒有執(zhí)行到bar = 1這一步。

有什么辦法可以保證在賦值之后再調(diào)用這個函數(shù)呢？

通過將callback傳遞進process.nextTick()，script可以成功執(zhí)行，并且可以訪問到所有變量和函數(shù)等等，并且在callback調(diào)用之前已經(jīng)初始化好。 它擁有允許不允許事件循環(huán)繼續(xù)的優(yōu)點。對于用戶在event loop想要繼續(xù)運行之前alert一個error是很有用的。

下面是通過process.nextTick()改進的上面的代碼：

let bar;
function someAsyncApiCall(callback) {
    process.nextTick(callback);
}
someAsyncApiCall(() => {
  console.log('bar', bar); // 1
});
bar = 1;

還有一個真實世界的例子：

const server = net.createServer(() => {}).listen(8080);
server.on('listening', () => {});

當(dāng)我們傳遞一個端口號進去時，端口號會被立刻綁定。所以'listening' callback可以被立即調(diào)用。問題是.on('listening');這個callback可能還沒設(shè)置呢？這要怎么辦?

為了做到在精準(zhǔn)無誤的監(jiān)聽到listen的動作，將對‘listening’事件的監(jiān)聽操作，隊列到nextTick()，從而可以允許代碼完全運行完畢。 這可以使得用戶設(shè)置任何他們想要的事件。

為什么要用process.nextTick()？

  • 允許用戶處理error，清除不需要的資源，或者在事件循環(huán)前再次嘗試請求
  • 有時確保callback在call stack unwound（解除）后，event loop繼續(xù)循環(huán)前 調(diào)用

允許用戶處理error，清除不需要的資源，或者在事件循環(huán)前再次嘗試請求

這里有一個匹配用戶期望的例子。

const server = net.createServer();
server.on('connection', (conn) => { });

server.listen(8080);
server.on('listening', () => { });

listen()在event.loop循環(huán)的開始運行，但是listening callback被放置在setImmediate()中。除非傳入hostname，否則立即綁定端口。event loop在處理的時候，它必須在poll階段，這也就是意味著沒有機會接收到連接，從而允許在偵聽listen事件前觸發(fā)connection事件。

有時確保callback在call stack unwound（解除）后，event loop繼續(xù)循環(huán)前 調(diào)用

再來看一個例子：
運行一個繼承了EventEmitter的function constructor，它想在constructor內(nèi)部發(fā)出一個'event'事件。

const EventEmitter = require('events');
const util = require('util');

function MyEmitter() {
  EventEmitter.call(this);
  this.emit('event');
}
util.inherits(MyEmitter, EventEmitter);
const myEmitter = new MyEmitter();
myEmitter.on('event', () => {
  console.log('an event occurred!'); // nothing happens
});

無法在constructor內(nèi)理解emit一個event，因為script不會運行到用戶監(jiān)聽event響應(yīng)callback的位置。所以在constructor內(nèi)部，可以使用process.nextTick設(shè)置一個callback在constructor完成之后emit這個event，所以最終的代碼如下：

const EventEmitter = require('events');
const util = require('util');

function MyEmitter() {
  EventEmitter.call(this);
  // 一旦分配了handler處理程序，就使用process.nextTick()發(fā)出這個事件
  process.nextTick(() => {
    this.emit('event');
  });
}
util.inherits(MyEmitter, EventEmitter);
const myEmitter = new MyEmitter();
myEmitter.on('event', () => {
  console.log('an event occurred!'); // an event occurred!'
});

回顧一下

回過頭來看下mqtt.js用于接收消息的message event源碼中的process.nextTick()

process.nextTick()確保work函數(shù)準(zhǔn)確在這一次call stack清空后，下一次event loop開始前調(diào)用。

writable._write = function (buf, enc, done) {
    completeParse = done
    parser.parse(buf)
    work() // 開始nextTick
}
function work () {
  var packet = packets.shift()
  if (packet) {
    that._handlePacket(packet, nextTickWork) // 注意這里
  } else {
    // 中止process.nextTick()的遞歸
    var done = completeParse
    completeParse = null
    if (done) done()
  }
}
function nextTickWork () {
  if (packets.length) {
    process.nextTick(work) // 注意這里
  } else {
   // 中止process.nextTick()的遞歸
    var done = completeParse
    completeParse = null
    done()
  }
}

通過對process.nextTick()的學(xué)習(xí)以及對源碼的理解，我們得出：
流寫入本地執(zhí)行work()，若接收到有效的數(shù)據(jù)包，開始process.nextTick()遞歸。

  • 開始nextTick的條件：if(packet)/if (packets.length) 也就是說有接收到websocket包時開始。
  • 遞歸nextTick的過程：work()->nextTickWork()->process.nextTick(work)。
  • 結(jié)束nextTick的條件：packet為空或者packets為空，通過completeParse=null，done()結(jié)束遞歸。
  • 如果對work不加process.nextTick會怎樣？
function nextTickWork () {
  if (packets.length) {
    work() // 注意這里
  }
}

會造成當(dāng)前的event loop永遠不會中止，一直處于阻塞狀態(tài)，造成一個無限循環(huán)。
正是因為有了process.nextTick()，才能確保work函數(shù)準(zhǔn)確在這一次call stack清空后，下一次event loop開始前調(diào)用。

參考鏈接：

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