面试题：Node.js 中定时器与事件循环如何协同工作

Question

请详细描述 Node.js 定时器（如 setTimeout、setInterval）在事件循环中的执行机制，包括定时器的任务是如何被插入到事件循环队列中的，以及它们何时会被执行。

Answer 1

1. 定时器任务插入机制

• setTimeout 和 setInterval 都是异步操作。当调用 setTimeout(func, delay) 或 setInterval(func, delay) 时，并不会立即执行 func 函数。
• 它们会在内部创建一个定时器对象，并将这个定时器任务交给 Node.js 的事件循环的定时器模块处理。这里的 delay 参数指定了定时器任务大致的延迟时间（但不是绝对精确的）。这个定时器任务会被安排在未来某个时间点执行。

2. 事件循环概述

• Node.js 的事件循环是一个持续运行的循环，它会不断检查事件队列，执行其中的任务。事件循环有多个阶段，不同类型的任务会在不同阶段被处理。
• 主要阶段包括：
  • timers：这个阶段执行 setTimeout 和 setInterval 预定的回调函数。
  • pending callbacks：执行一些系统操作的回调，比如 TCP 错误的回调。
  • idle, prepare：仅供内部使用。
  • poll：这个阶段会执行 I/O 相关的回调，同时也会处理新的定时器任务并执行已经到期的定时器回调。
  • check：执行 setImmediate 预定的回调。
  • close callbacks：执行一些关闭相关的回调，比如 socket.on('close', ...)。

3. 定时器执行时机

• 当事件循环进入 timers 阶段时，它会检查定时器队列中已经到期（延迟时间已过）的定时器任务。一旦发现有到期的任务，就会将这些任务的回调函数压入调用栈中执行。
• 但需要注意的是，定时器的执行时间并非绝对精确等于设定的 delay 时间。原因如下：
  • 事件循环的其他阶段可能会占用较长时间，导致定时器任务不能在刚好 delay 时间后立即执行。例如，poll 阶段可能正在处理大量 I/O 操作，这时即使定时器到期了，也需要等待 poll 阶段处理完当前的 I/O 任务，才会进入 timers 阶段执行定时器任务。
  • 系统的最小延迟限制。不同系统可能存在最小延迟，即使设置的 delay 非常小，实际延迟也会受到系统限制而无法达到那么小的值。
  • 定时器的精度问题。setTimeout 和 setInterval 的精度通常在几毫秒左右，并非完全精确到每一毫秒。

对于 setInterval，每次执行完回调函数后，会重新计算下一次执行的时间点，将任务再次插入到定时器队列中，等待下一次事件循环的 timers 阶段执行。如果 setInterval 的回调函数执行时间过长，可能会导致定时器任务之间的间隔被拉长，因为只有当前回调执行完，才会去安排下一次执行。