详解Node.js中的setImmediate()函数

setImmediate() 是 Node.js 提供的一个定时器函数，用于在 事件循环的 “Check” 阶段 执行回调函数。它与 setTimeout() 相似，但两者有着显著的区别，主要体现在回调函数的执行时机上。

什么是事件循环（Event Loop）

在理解 setImmediate() 的行为之前，了解 Node.js 的事件循环机制非常重要。Node.js 是基于非阻塞 I/O 的模型，所有的 I/O 操作（如文件读取、网络请求等）都通过事件循环处理。事件循环分为多个阶段，每个阶段都有自己的任务队列。以下是事件循环的主要阶段顺序：

1. Timers：执行到期的定时器（setTimeout 和 setInterval）。
2. I/O callbacks：执行大部分的 I/O 回调（如网络请求、文件操作等）。
3. Idle, prepare：准备阶段，Node.js 用于内部操作。
4. Poll：检查是否有 I/O 事件，需要处理 I/O 队列中的任务。
5. Check：执行 setImmediate() 回调。
6. Close callbacks：执行一些关闭回调（如 socket.on('close')）。

setImmediate() 的作用

setImmediate() 的主要作用是将回调函数推送到事件循环的 “Check” 阶段。无论延迟时间是多少，它都会在当前事件循环周期的末尾执行，而不是等到下一个事件循环周期。这使得它特别适合于处理那些希望在 I/O 操作之后、但又不希望延迟太长时间的回调。

即使你设置一个 0 毫秒的延迟，setImmediate() 也不会像 setTimeout(fn, 0) 那样延迟到下一个事件循环周期，它会在当前事件循环的 “Check” 阶段尽可能快地执行。

setImmediate() 与 setTimeout() 的区别

虽然 setImmediate() 和 setTimeout(fn, 0) 都可以设置 0 毫秒的延迟，但两者在事件循环中的执行时机不同：

• setTimeout(fn, 0): 回调会被推迟到下一个事件循环周期的 “Timers” 阶段。即使延迟是 0 毫秒，setTimeout() 也要等到当前的事件栈清空并进入下一个循环后才会执行。它通常用于设置一个回调，使其在稍后执行，确保当前的任务先执行。

• setImmediate(fn): 回调会在 当前事件循环的 “Check” 阶段 执行。这意味着它会在当前任务栈清空之后尽早执行，比 setTimeout(fn, 0) 更早执行。通常用于在当前事件循环周期结束时执行某些任务，如处理 I/O 操作完成后的回调。

执行顺序示例

console.log('Start');

setImmediate(() => {
  console.log('setImmediate');
});

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

Promise.resolve().then(() => {
  console.log('Promise');
});

console.log('End');

输出：

Start
End
Promise
setImmediate
setTimeout

解释：

1. console.log('Start') 和 console.log('End') 直接执行，因为它们是同步操作。
2. Promise.resolve().then() 是一个微任务，它会在栈清空后立即执行。因此，Promise 会在 setImmediate() 之前执行。
3. setImmediate() 是一个宏任务，它会在当前事件循环的 “Check” 阶段 执行。所以它在微任务后、setTimeout() 之前执行。
4. setTimeout() 的回调是一个宏任务，它会在下一个事件循环周期的 “Timers” 阶段 执行，因此它最后被输出。

setImmediate() 的应用场景

setImmediate() 主要用于在事件循环的当前周期内尽早执行回调，特别是在 I/O 操作完成后。以下是一些典型的应用场景：

1. 处理 I/O 操作后的回调：
   当你需要处理 I/O 操作（如文件读取、网络请求等）完成后的回调时，setImmediate() 可以确保这些操作后的回调会在当前事件循环周期尽快执行，而不会等待下一个周期。

2. 防止阻塞主线程：
   如果你有一些耗时操作，可能会阻塞事件循环，导致系统无法及时响应用户请求。通过使用 setImmediate()，可以将耗时的操作分散到多个事件循环周期中，从而避免阻塞主线程。

   举个例子：

   假设你有一个循环，需要处理大量的数据：

   // 一个耗时的循环任务
   for (let i = 0; i < 1000000; i++) {
     // 模拟一些计算
     doSomeHeavyTask(i);
   }
   

   如果这个循环任务没有分隔，它会阻塞事件循环，导致 Node.js 无法及时处理其他事件（如 I/O 回调、定时器等）。这时，用户的请求可能会变得迟钝，系统响应也会变慢。

   使用 setImmediate() 来分割任务：

   let i = 0;
   function processHeavyTask() {
     // 每次只处理一个任务
     if (i < 1000000) {
       doSomeHeavyTask(i);
       i++;
       // 使用 setImmediate() 确保下次事件循环继续处理下一个任务
       setImmediate(processHeavyTask);
     }
   }
   processHeavyTask();
   

   在这个例子中，我们通过 setImmediate() 来将任务拆分成多个小部分。每次执行 processHeavyTask() 函数时，我们只处理一个小任务，并立即通过 setImmediate() 将下一个任务放到事件循环的下一轮中。这样：

   1. 每个小任务的执行时间会非常短，不会阻塞事件循环。
   2. 事件循环可以在每个任务之间处理其他的异步任务（如 I/O 操作、定时器等），从而避免长时间阻塞主线程。
   3. 使得系统能够及时响应用户请求，提高了系统的并发性和响应速度。

3. 优先级控制：
   setImmediate() 可以用来确保回调在 所有 I/O 操作完成后执行，同时保证执行顺序上优先于 setTimeout()。如果你有多个回调需要在当前周期内执行，但不想影响 I/O 事件的处理，可以使用 setImmediate() 来排队执行。

   举个例子：

   const fs = require('fs');
   
   // 模拟一些 I/O 操作
   fs.readFile('large-file.txt', 'utf8', (err, data) => {
     if (err) throw err;
     console.log('I/O operation completed');
   });
   
   // 使用 setImmediate 在 "Check" 阶段执行回调
   setImmediate(() => {
     console.log('setImmediate callback executed');
   });
   
   // 使用 setTimeout 在下一个事件循环周期执行回调
   setTimeout(() => {
     console.log('setTimeout callback executed');
   }, 0);
   

   输出：

   I/O operation completed
   setImmediate callback executed
   setTimeout callback executed
   

   解释：

   1. fs.readFile 是一个异步 I/O 操作，会将回调放到事件循环的 I/O 阶段。当文件读取完成时，它的回调会被执行。
   2. setImmediate() 的回调会在事件循环的 “Check” 阶段执行，即在所有 I/O 操作完成后执行，并且它的回调会比 setTimeout() 更早执行。
   3. setTimeout() 的回调会在下一个事件循环的 “Timers” 阶段执行，因此它最后被执行。

总结

• setImmediate() 是 Node.js 中专门用于在 “Check” 阶段 执行回调的定时器函数，它与 setTimeout(fn, 0) 不同，后者的回调会等到下一个事件循环周期的 “Timers” 阶段 执行。
• 与 setTimeout(fn, 0) 的区别：setImmediate() 会在当前事件循环周期内尽早执行，而 setTimeout(fn, 0) 会推迟到下一个事件循环周期。
• 使用场景：setImmediate() 通常用于确保 I/O 操作完成后的回调执行，防止主线程阻塞，或者需要在当前周期尽快执行回调的场景。