Node.js 事件迴圈 (Event Loop) 核心機制詳解

Node.js 最著名的標籤就是「非同步、非阻塞 I/O」，而達成這一切的核心靈魂就是 事件迴圈 (Event Loop)。雖然我們在撰寫程式時感覺它似乎能同時處理很多事情，但實際上，Node.js 依然是在單執行緒上運行，透過不斷循環的機制來調度任務。

事件迴圈的六大主要階段

當 Node.js 啟動時，它會初始化事件迴圈。每一輪循環我們稱之為一個 Tick。Libuv 會按照嚴格的順序執行以下六個主要的階段：

1. Timers (定時器階段)：處理 setTimeout() 和 setInterval() 到期的回呼函數。
2. Pending Callbacks (待處理階段)：執行某些系統操作的回呼，例如 TCP 連線錯誤。
3. Idle, Prepare (空閒與準備階段)：僅供 Node.js 內部系統使用。
4. Poll (輪詢階段)：這是最關鍵的階段。它會檢索新的 I/O 事件。如果隊列為空，它會在這裡等待（阻塞）一段時間，直到有事件進來或 Timer 到期。
5. Check (檢查階段)：專門執行 setImmediate() 的回呼函數。
6. Close Callbacks (關閉回呼階段)：處理如 socket.on('close', ...) 之類資源釋放的事件。

微任務 (Microtasks) 與 nextTick 的插隊機制

在上述階段轉換的空隙中，還有兩個非常特別的存在，我們統稱為「微任務」。它們不屬於事件迴圈的正式階段，但優先權極高：

• process.nextTick()：它的優先權最高。只要當前階段的 JavaScript 操作一結束，Node.js 就會先清空所有的 nextTick 隊列，然後才會進入下一個階段。
• Promises (微任務隊列)：如 Promise.then()。它的優先權僅次於 nextTick。

執行優先順序公式： 同步代碼 > process.nextTick() > Promise 微任務 > 事件迴圈階段 (如 Timers, Check)

程式碼實戰：執行順序大挑戰

理解理論後，讓我們透過一段程式碼來驗證執行順序：

console.log('1. 同步代碼 - 開始');

setTimeout(() => {
  console.log('5. setTimeout (Timers 階段)');
}, 0);

setImmediate(() => {
  console.log('6. setImmediate (Check 階段)');
});

process.nextTick(() => {
  console.log('3. process.nextTick (極高優先權微任務)');
});

Promise.resolve().then(() => {
  console.log('4. Promise.then (微任務)');
});

console.log('2. 同步代碼 - 結束');

解析執行邏輯：

1. 首先執行所有的同步代碼 (1 & 2)。
2. 同步任務結束，進入微任務檢查點。process.nextTick 優先插隊執行 (3)。
3. 接著處理 Promise.then 隊列 (4)。
4. 進入事件迴圈第一階段 Timers，執行 setTimeout (5)。
5. 經過 Poll 階段後進入 Check 階段，執行 setImmediate (6)。

為什麼開發者需要深入了解事件迴圈？

1. 防止效能瓶頸 (Starvation)：如果你在任何一個階段（如 Poll）執行了耗時過長的同步運算，事件迴圈就會卡死，導致所有定時器（Timers）失效，伺服器停止回應。
2. 精確的非同步控制：正確選擇 setImmediate (稍後執行) 或 nextTick (立即插隊)，能讓你寫出更高效且符合預期的代碼。

總結

事件迴圈是 Node.js 效能優勢的來源。記住：不要阻塞 Event Loop。將耗時的運算交給其他微服務或 Worker Threads 處理，讓 Event Loop 始終保持流暢，是開發高品質 Node.js 應用的基本功。