这是一个创建于 1155 天前的主题，其中的信息可能已经有所发展或是发生改变。
前言
大家好，我是 Mark24
- 代码仓库: Mark24Code/rb_simulate_eventloop
- [本文博客地址] ( https://mark24code.github.io/ruby/2022/08/11/%E7%94%A8100%E8%A1%8CRuby%E4%BB%A3%E7%A0%81%E6%A8%A1%E6%8B%9FJavascript%E7%9A%84Eventloop.html?source=v2ex)
- RubyChina 同话题讨论
背景
我们都知道 Javascript 是单线程的。
今天看到一个有趣的帖子 www.v2ex.com/t/871848，主要是争论 Javascript 的优缺点。我看到这个评论觉得很有意思：
@qrobot: ....省略.... 多线程下会消耗以下资源 1. 切换页表全局目录 2. 切换内核态堆栈 3. 切换硬件上下文（进程恢复前，必须装入寄存器的数据统称为硬件上下文） ip(instruction pointer)：指向当前执行指令的下一条指令 bp(base pointer): 用于存放执行中的函数对应的栈帧的栈底地址 sp(stack poinger): 用于存放执行中的函数对应的栈帧的栈顶地址 cr3:页目录基址寄存器，保存页目录表的物理地址 ...... 4. 刷新 TLB 5. 系统调度器的代码执行 ....省略..... 这位同学列举了多线程切换的时候发生了什么。 这样给了一种很直观的感受，就是多线程切换的时候发生了很多事情，实际上会比单线程（只需要切换函数上下文）要消耗点更多的资源。
实际上凡是交互的软件，最终都是 单线程模型 + 事件驱动辅助。
从熟悉的浏览器、游戏、应用程序……都是如此。
也有多线程实现的。这里Multithreaded toolkits: A failed dream? (2004) 有很多讨论。
实际上单线程模型是最后的胜出者。
Javascript 内部单线程处理任务，主要是有一个 EventLoop 单线程的循环实现。
我们可以通过 Javascript 的表现，反推实现一下 EventLoop 。
EventLoop 实现
Javascript 的行为
我们知道 setTimeout 在 Javascript 中用来推迟任务。实际上自从 Promise 出现之后，渐渐有两个概念出现在大家的视野里。
- Macrotask(宏任务）
- Microtask （微任务）
setTimeout 属于宏任务，而 promise 的 then 回调属于微任务。
还有一个就是 Javascript 在第一次同步执行代码的时候，是宏任务。
EventLoop 的表现是，除了第一次执行结束之后，如果有更高优先级的 微任务总是先执行微任务，然后再执行宏任务。
setTimeout 是一个定时器，很特别的是他在会在计时器线程工作，运行时间之后，回调函数会被插入到 宏任务中执行。计时器线程其实不是 Javascript 虚拟的一部分，他是浏览器的部分。
Ruby 模拟
Javascript 是单线程的。Ruby 是支持多线程的。我们可以用 Ruby 模拟一个 单线程的核心，和单独的计时器线程，这都是很轻松的事情。
其实我们听到了这个行为 花 1 分钟大概能想到，EventLoop 的工作模型
- 首先他是一个主循环，这样才能所谓的单线程
- 其次，既然有两种任务，应该是两种队列
- 再者，如果第一次同步代码是宏任务，多半可以代码任务也丢到队列里
我们可以用数组当做 队列。但是 由于存在时间线程，还得用 Thread#Queue 有保障一点。
大概的模型可以画出来，想这个样:
Eventloop Model
（ start) | init (e.g create TimerThread ) | sync task (e.g read & run code) | | ------------------> | | ------------- | macro_task --- add timer task --> | TimerThread | | (Eventloop) | <-- insertjob result --- ------------- | | | micro_task | | | | <----------------- | | (end) - 完整的代码仓库 Mark24Code/rb_simulate_eventloop
然后我们大概用 100 行不到就可以实现如下:
需要说明的是:
-
settimeout 不要用每一个新的线程来模拟，因为一旦多线程，涉及到抢占式回调，其实返回的时间不确定。你的结果是不稳定的。 我们需要单独实现一个计时器线程。
-
我们通过行为封装，把两边函数写法对照，这样可以复制
运行看结果
具体实现
# https://github.com/Mark24Code/rb_simulate_eventloop require 'thread' class EventLoop attr_accessor :macro_queue, :micro_queue def initialize @running = true @macro_queue = Queue.new @micro_queue = Queue.new @time_thr_task_queue = Queue.new @timer = Timer.new(@time_thr_task_queue, @macro_queue) # 计时线程，是一个同步队列 # 会把定时任务结果塞回宏队列 @timer_thx = Thread.new do @timer.run end end def before_loop_sync_tasks # do sth setting @first_task.call end def task(&block) # 这里放置第一次同步任务 # # 外部书写的代码，模拟读取 js # 提供内部的 api @first_task = -> () { instance_eval(&block) } end def after_loop puts "[after_loop] eventloop is quit :D" end def macro_queue_works while !@macro_queue.empty? job = @macro_queue.shift job.call end end def micro_queue_works while !@micro_queue.empty? job = @micro_queue.shift job.call end end def start begin before_loop_sync_tasks while @running macro_queue_works micro_queue_works # avoid CPU 100% sleep 0.1 end ensure after_loop end end # dsl public api # inner api def macro_task(&block) @macro_queue.push(block) end def micro_task(&block) @micro_queue.push(block) end def settimeout(time, &block) # 模拟定时器线程 if time == 0 time = 0.1 end # 方案 1: 用独立分散的线程模拟存在问题 # 抢占的返回顺序不是固定的 # t = Thread.new do # sleep time # @micro_queue.push(block) # end ## !!! 这里一定不能阻塞，一旦阻塞就不是单线程模型 ## 有外循环控制不会结束 # t.join # 方案 2: 时间线程也需要单独模拟 # 建立一个时间任务 @time_thr_task_queue.push({ sleep_time: Time.now.to_i + time, job: -> () { @micro_queue.push(block) } }) end end class Timer def initialize(task_queue, macro_queue) @task_queue = task_queue @macro_queue = macro_queue end def run while (task = @task_queue.shift) sleep_time = task[:sleep_time] if sleep_time >= Time.now.to_i @macro_queue.push(task[:job]) else @task_queue.push(task) end end end end 总结
选择单线程的原因是因为
- 结果运行的更快
- 无上下文负担
- 任务队列清晰而又简单
- 非 IO 密级任务，可以跑满 CPU
Nginx 、Redis 内部也实现了单线程模型，来应对大量的请求，提高并发。
现在我们大概知道了，浏览器、应用、app 、图形界面、游戏……
他们的背后大概是什么样子。 破除神秘感 +1 :D
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