حلقة الأحداث في Node.js: المراحل وnextTick وsetImmediate

حلقة الأحداث (event loop) في Node.js هي الحلقة التي تقرر أي callback يعمل بعد أن تنتهي شيفرتك المتزامنة. تمر بمراحل في دورة ثابتة: المؤقتات (setTimeout وsetInterval)، والـ callbacks المعلّقة، وpoll (الإدخال والإخراج مثل قراءة الملفات وبيانات الشبكة)، وcheck (setImmediate)، وcallbacks الإغلاق. بعد كل callback، يفرّغ Node أولًا طابور process.nextTick ثم طابور الوعود، فيعمل هذان دائمًا قبل أن تنتقل الحلقة.

// Guess the order of the four lines, then run it
setTimeout(() => console.log('setTimeout'), 0);

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

process.nextTick(() => console.log('nextTick'));

console.log('sync');

يطبع sync وnextTick وpromise وsetTimeout، أي عكس ترتيب كتابتها. الشيفرة المتزامنة تنتهي دائمًا أولًا، ثم يفرّغ Node طابور nextTick، ثم طابور الوعود، وعندها فقط تبدأ الحلقة وتصل إلى مرحلة المؤقتات.

مراحل حلقة الأحداث

تأتي حلقة Node من libuv، مكتبة C التي يستخدمها Node للإدخال والإخراج. قبل الدورة الأولى تشغّل المؤقتات التي حان وقتها بالفعل، ثم تشغّل كل دورة هذه المراحل بالترتيب:

1. Pending callbacks: بعض callbacks النظام المؤجلة من الدورة السابقة، مثل بعض أخطاء الشبكة.
2. Poll: أحداث الإدخال والإخراج الجديدة ودوال callback الخاصة بها (انتهت قراءة ملف، وصلت بيانات إلى مقبس). حين لا يكون شيء آخر مجدولًا، تنتظر الحلقة هنا.
3. Check: دوال callback الخاصة بـ setImmediate.
4. Close callbacks: أحداث 'close'، مثل مقبس أُتلف.
5. Timers: دوال callback الخاصة بـ setTimeout وsetInterval التي حان وقتها.

كثير من الأدلة تضع المؤقتات أولًا في كل دورة، وهكذا كان Node يعمل قبل الإصدار 20 (libuv 1.45). وتعمل دوال callback بالترتيب نفسه في الحالتين: بعد مؤقتات دورة ما تأتي مرحلة poll في الدورة التالية.

يقع طابوران خارج المراحل: طابور nextTick وطابور المهام الدقيقة (microtasks: دوال callback الخاصة بالوعود وqueueMicrotask). يفرّغ Node الاثنين بعد كل callback منفرد، في أي مرحلة، وnextTick أولًا. وتستمر الحلقة في الدوران ما دام هناك ما ينتظره (مؤقت، أو ملف أو مقبس مفتوح، أو خادم)، وتنتهي العملية حين لا يبقى شيء.

هذه حلقة Node الخاصة. يشارك المتصفح فكرة المهام والمهام الدقيقة، لكن ليست لديه مراحل ولا setImmediate ولا process.nextTick؛ وتغطي صفحة حلقة الأحداث في JavaScript الصورة على مستوى اللغة.

process.nextTick مقابل الوعود

كلاهما يعمل قبل أن تتابع الحلقة، لكنهما لا يختلطان. يشغّل Node طابور nextTick كاملًا، بما فيه الـ ticks المضافة أثناء تشغيله، ثم طابور الوعود بعد ذلك فقط. توقّع ناتج هذا:

Promise.resolve()
    .then(() => console.log('promise 1'))
    .then(() => console.log('promise 2'));

process.nextTick(() => {
    console.log('tick 1');
    process.nextTick(() => console.log('tick from tick'));
});
process.nextTick(() => console.log('tick 2'));

الترتيب هو tick 1 وtick 2 وtick from tick وpromise 1 وpromise 2. الـ tick المجدول داخل tick ينضم إلى الطابور نفسه ويعمل مع ذلك قبل أي وعد، رغم أن الوعد أُنشئ أولًا.

في المستوى الأعلى من ES module (ملف يستخدم import) ينقلب الاثنان: شيفرة الوحدة نفسها تعمل داخل مهمة وعد، فتنتهي دوال callback الخاصة بوعودها قبل أن يصل Node إلى طابور nextTick. أما داخل دوال callback، فقاعدة nextTick أولًا تبقى صحيحة في نظامي الوحدات.

setImmediate مقابل setTimeout(fn, 0)

setTimeout(fn, 0) تعني فعليًا "بعد 1 ms على الأقل، في مرحلة timers". وsetImmediate(fn) تعني "في مرحلة check التالية". أيهما يعمل أولًا يعتمد على المكان الذي تستدعيهما منه.

داخل callback إدخال وإخراج يكون الترتيب ثابتًا. يعمل الـ callback في مرحلة poll، وتأتي مرحلة check بعدها مباشرة، ولا تأتي مرحلة timers إلا بعد ذلك:

const fs = require('fs');

fs.readFile(__filename, () => {
    setTimeout(() => console.log('setTimeout'), 0);
    setImmediate(() => console.log('setImmediate'));
    process.nextTick(() => console.log('nextTick'));
});

يطبع nextTick وsetImmediate وsetTimeout، في كل مرة. وهذا يجعل setImmediate الخيار الصحيح لـ "شغّل هذا بعد عمل الإدخال والإخراج الحالي".

في الوحدة الرئيسية، خارج أي callback، ترتيب الاثنين غير ثابت:

// Order depends on how fast the process started
setTimeout(() => console.log('setTimeout'), 0);
setImmediate(() => console.log('setImmediate'));

إذا مرّ 1 ms على الأقل حين تبدأ الحلقة، يكون المؤقت مستحقًا فيُطبع أولًا؛ وإلا يفوز setImmediate. لا تكتب شيفرة تعتمد على أي من النتيجتين.

حجب حلقة الأحداث

لأن هناك خيط JavaScript واحدًا، فإن callback يعمل وقتًا طويلًا يوقف كل شيء آخر: المؤقتات، ودوال callback الخاصة بالإدخال والإخراج، وفي الخادم كل طلب آخر. تأخير المؤقت حد أدنى، لا ضمان.

const start = Date.now();

setTimeout(() => {
    const waited = Date.now() - start;
    console.log('asked for 10 ms, waited 500 ms or more:', waited >= 500);
}, 10);

// A busy loop: holds the thread for half a second
while (Date.now() - start < 500) {}
console.log('loop finished');

يُطبع loop finished أولًا، ثم true: كان المؤقت مستحقًا بعد 10 ms، لكنه لم يستطع العمل حتى أعادت الحلقة المشغولة الخيط. في الخادم، الحلقة نفسها داخل معالج مسار تجمّد كل طلب آخر لنصف ثانية.

الحل للعمل الطويل هو تقسيمه وإعطاء الحلقة دورًا بين الأجزاء عبر setImmediate:

function busy(ms) {
    const end = Date.now() + ms;
    while (Date.now() < end) {}
}

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

function work(part) {
    busy(50);
    console.log('part', part, 'done');
    if (part < 3) setImmediate(() => work(part + 1));
}
work(1);

يدخل المؤقت بعد الجزء الأول. استبدل setImmediate(() => work(part + 1)) بـ work(part + 1) وشغّل من جديد: تعمل الأجزاء الثلاثة دفعة واحدة ويُطبع timer في النهاية.

أما العمل الثقيل من أوله إلى آخره، مثل معالجة الصور، فلا يكفيه التقسيم: انقله خارج الخيط الرئيسي عبر worker_threads.

أخطاء شائعة

استدعاء process.nextTick بشكل متكرر. الـ callback الذي يجدول nextTick آخر باستمرار لا يسمح للحلقة بالمتابعة أبدًا، فتجوع المؤقتات والإدخال والإخراج. استخدم setImmediate للعمل المتكرر.

استخدام الواجهات المتزامنة في الخادم. fs.readFileSync وcrypto.pbkdf2Sync واستدعاءات JSON.parse الكبيرة تحجب الحلقة عن كل المستخدمين. استخدم النسخ غير المتزامنة داخل معالجات الطلبات.

توقّع أن setTimeout(fn, 0) يعمل فورًا. يعمل بعد كل الشيفرة المتزامنة، وكل nextTick، وكل callback لوعد، وفقط بعد أن تصل الحلقة إلى مرحلة timers.