事件迴圈系統的設計和實現

事件迴圈相信大家都不陌生，很多同學都知道事件迴圈是乙個"死迴圈"，今天我們看一下這個死迴圈到底是怎樣的。我們先看乙個樸素版的事件迴圈系統。

class
eventsystem 
// 追加任務
enqueue
(func)
 // 事件迴圈
run()}
}}// 新建乙個事件迴圈系統
const eventsystem =
neweventsystem()
;// 生產任務
eventsystem.
enqueue((
)=>);
// 啟動事件迴圈
eventsystem.
run(
);

以上**實現了乙個非常樸素的事件迴圈系統

1 新建乙個事件迴圈系統

2 生產任務

3 啟動事件迴圈系統

但是我們發現當沒有任務的時候，事件迴圈系統陷入了死迴圈，這無疑浪費了cpu。我們看一下執行以上**的cpu的情況（我電腦4核，可以看到以上**對應的程序幾乎完全佔據了乙個cpu，1/4）。

接著我們優化一下這個樸素版的事件迴圈。

class
eventsystem
// 沒有任務時，事件迴圈的睡眠時間
sleep
(time)
; timer =
settimeout((
)=>
}, time);}
);}// 停止事件迴圈
setstop()
 // 追加任務
enqueue
(func)
 // 事件迴圈
async run()
// 沒有任務了，一直等待（math.pow(2, 31) - 1為nodejs中定時器的最大值）
await this
.sleep
(math.
pow(2,
31)-1
);}}
}// 新建乙個事件迴圈系統
const eventsystem =
neweventsystem()
;// 生產任務
eventsystem.
enqueue((
)=>);
// 模擬定時生成乙個任務
settimeout((
)=>);
},1000);
// 模擬退出事件迴圈
settimeout((
)=>
,2000);
// 啟動事件迴圈
eventsystem.
run(
);

上面**的執行結果如下

1 啟動事件迴圈時輸出hi。

2 事件迴圈進入睡眠，1s時被喚醒，輸出hello。

3 2s後退出事件迴圈。

麻雀雖小五臟俱全，以上**雖然只是個demo，但是已經具備了事件迴圈的一些核心概念。

1 事件迴圈的整體架構是乙個while迴圈

2 定義任務型別和佇列，這裡只有一種任務型別和乙個佇列，比如nodejs裡有好幾種。

3 沒有任務的時候怎麼處理？進入睡眠，而不是真的是乙個死迴圈。

其中第3點是事件迴圈系統中非常重要的邏輯。因為事件迴圈是屬於生產者、消費者模式。任務佇列中不可能一直都有任務需要處理，這就意味著生產任務可以是乙個非同步的過程。所以事件迴圈系統就需要有一種等待的機制。這就會帶來兩個問題，什麼情況下需要等待，什麼時候需要退出。這個和具體的業務場景有關，本文實現的事件迴圈中，沒有任務的時候就會一直等待，而不是退出。除非使用者手動執行setstop退出。而nodejs中，如果沒有actived狀態的handle和request並且close階段沒有任務時就會自動退出。另外乙個問題就是如何實現等待。這裡使用的是settimeout來模擬睡眠，從而達到等待的效果。但是這時候程序是沒有被掛起的，這意味著，我們還可以做其他事情。而在nodejs中，會在poll io階段，程序會被掛起。我們看看nodejs事件迴圈的實現。

while
(r !=
0&& loop-
>stop_flag ==0)

nodejs的事件迴圈也是乙個while迴圈，然後在裡面執行各個階段的任務，其中uv__io_poll對應的poll io階段可能會導致程序掛起。我們看一下uv__io_poll關於等待的邏輯。

nfds =
epoll_wait
(loop-
>backend_fd,
events,
array_size
(events)
, timeout)
;

epoll_wait會根據timeout的值決定如果沒有就緒事件時，是否需要掛起程序。timeout大於0說明是定時器掛起，timeout等於-1說明是永遠掛起。直到有就緒佇列。這就是nodejs中關於等待的處理邏輯。這和我們自己實現的事件迴圈系統是類似的，只不過我們是自己喚醒自己，而nodejs中是被作業系統喚醒，因為我們在js層面無法呼叫作業系統的系統呼叫掛起程序。epoll是和檔案描述符相關的，如果我們不涉及到檔案、網路操作，那麼我們又如何實現等待呢？我們從libuv的執行緒池實現中，找到了另一種實現。libuv的執行緒池中有多個執行緒，他們共享乙個任務佇列，每個子執行緒裡不斷從共享的任務佇列中獲取任務處理（需要加鎖）。所以這也是乙個事件迴圈的模型。那麼當沒有任務可處理的時候，libuv是如何實現等待的呢？

static
void
worker
(void
* arg)}}

我們看到libuv使用執行緒庫提供的api實現了執行緒的掛起。從而實現了等待的邏輯。接下來我們看一下喚醒的邏輯。

static
void
post
(queue* q,
enum uv__work_kind kind)

libuv每次提交新的任務到共享佇列時，都會判斷是否有空閒執行緒，如果有則喚醒他。

本文介紹了事件迴圈的設計和實現中涉及到的一些知識，我們看到事件迴圈的整體架構是類似的，但是具體實現有很多種方式，這取決於你的業務場景。同時，任務的生產是非同步的，所以沒有任務的時候的等待機制的設計也就變得很重要，我們不能不斷地浪費cpu進行輪詢，而是要借助一直掛起，喚醒的機制來實現。

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