在 Node.js 中，许许多多的异步操作，都需要来一个兜底的超时，这时，就轮到 timer 登场了。由于需要使用它的地方是那么的多，而且都是基础的功能模块，所以，对于它性能的要求，自然是十分高的。总结来说，要求有：
- 更快的添加操作。
- 更快的移除操作。
- 更快的超时触发。
接下来就让我们跟着 Node.js 项目中的 lib/timer.js 和 lib/internal/linklist.js 来探究它具体的实现。
更快的添加 / 移除操作
说到添加和移除都十分高效的数据结构，第一个映入脑帘的，自然就是链表啦。是的，Node.js 就是使用了双向链表，来将 timer 的插入和移除操作的时间复杂度都降至 O(1) 。双向链表的具体实现便在 lib/internal/linklist.js 中：
// lib/internal/linklist.js
'use strict';
function init(list) {
list._idleNext = list;
list._idlePrev = list;
}
exports.init = init;
function peek(list) {
if (list._idlePrev == list) return null;
return list._idlePrev;
}
exports.peek = peek;
function shift(list) {
var first = list._idlePrev;
remove(first);
return first;
}
exports.shift = shift;
function remove(item) {
if (item._idleNext) {
item._idleNext._idlePrev = item._idlePrev;
}
if (item._idlePrev) {
item._idlePrev._idleNext = item._idleNext;
}
item._idleNext = null;
item._idlePrev = null;
}
exports.remove = remove;
function append(list, item) {
remove(item);
item._idleNext = list._idleNext;
list._idleNext._idlePrev = item;
item._idlePrev = list;
list._idleNext = item;
}
exports.append = append;
function isEmpty(list) {
return list._idleNext === list;
}
exports.isEmpty = isEmpty;
可以看到，都是些修改链表中指针的操作，都十分高效。
更快的超时触发
链表的缺点，自然是它的查找时间，对于一个无序的链表来说，查找时间需要 O(n) ，但是，只要基于一个大前提，那么我们的实现就并不需要使用到链表的查询，这也是更高效的超时触发的基础所在，那就是， 对于同一延迟的 timers ，后添加的一定比先添加的晚触发。 所以，源码的具体做法就是，对于同一延迟的所有 timers ，全部都维护在同一个双向链表中，后来的，就不断往链表末尾追加，并且这条链表实际上共享同一个定时器 。这个定时器会在当次超时触发时，动态计算下一次的触发时间点。所有的链表，都保存在一个对象 map 中。如此一来，既做到了定时器的复用优化，又对链表结构进行了扬长避短。
让我们先以 setTimeout 为例看看具体代码，首先是插入：
// lib/timer.js
// ...
const refedLists = {};
const unrefedLists = {};
exports.setTimeout = function(callback, after) {
// ...
var timer = new Timeout(after);
var length = arguments.length;
var ontimeout = callback;
// ...
timer._onTimeout = ontimeout;
active(timer);
return timer;
};
const active = exports.active = function(item) {
insert(item, false);
};
function insert(item, unrefed) {
const msecs = item._idleTimeout;
if (msecs < 0 || msecs === undefined) return;
item._idleStart = TimerWrap.now();
var list = lists[msecs];
if (!list) {
// ...
list = new TimersList(msecs, unrefed);
L.init(list);
list._timer._list = list;
if (unrefed === true) list._timer.unref();
list._timer.start(msecs, 0);
lists[msecs] = list;
list._timer[kOnTimeout] = listOnTimeout;
}
L.append(list, item);
assert(!L.isEmpty(list));
}
即检查当前在对象 map 中，是否存在该超时时间（msecs）的双向链表，若无，则新建一条。你应该已经看出，超时触发时具体的处理逻辑，就在 listOnTimeout 函数中：
// lib/timer.js
// ...
function listOnTimeout() {
var list = this._list;
var msecs = list.msecs;
var now = TimerWrap.now();
var diff, timer;
while (timer = L.peek(list)) {
diff = now - timer._idleStart;
if (diff < msecs) {
this.start(msecs - diff, 0);
return;
}
L.remove(timer);
// ...
tryOnTimeout(timer, list);
// ...
}
this.close();
// ...
}
即不断从链表头取出封装好的包含了注册时间点和处理函数的对象，然后挨个执行，直到计算出的超时时间点已经超过当前时间点。
举个图例，在时间点 10，100，400 时分别注册了三个超时时间为 1000 的 timer，在时间点 300 注册了一个超时时间为 3000 的 timer，即在时间点 500 时，对象 map 的结构即为：
随后在时间点 1200 触发了超时事件，并在时间点 1300 执行完毕，彼时对象 map 的结构即为：
setInterval 和 setImmediate
setInterval 的实现总体和 setTimeout 很相似，区别在于对注册的回调函数进行了封装，在链表的尾部重新插入：
// lib/timer.js
// ...
function wrapper() {
timer._repeat(); // 执行传入的回调函数
if (!timer._repeat)
return;
// ...
timer._idleTimeout = repeat;
active(timer);
}
而 setImmediate 和 setTimeout 实现上的主要区别则在于，它会一次性将链表中注册的，都执行完：
// lib/timer.js
// ...
function processImmediate() {
var queue = immediateQueue;
var domain, immediate;
immediateQueue = {};
L.init(immediateQueue);
while (L.isEmpty(queue) === false) {
immediate = L.shift(queue);
// ...
tryOnImmediate(immediate, queue);
// ...
}
if (L.isEmpty(immediateQueue)) {
process._needImmediateCallback = false;
}
}
所以作为功能类似的 process.nextTick 和 setImmediate ，在功能层面上看，每次事件循环，它们都会将存储的回调都执行完，但 process.nextTick 中的存储的回调，会先于 setImmediate 中的执行：
'use strict'
const print = (i) => () => console.log(i)
process.nextTick(print(1))
process.nextTick(print(2))
setImmediate(() => {
print(3)()
setImmediate(print(6))
process.nextTick(print(5))
})
setImmediate(print(4))
console.log('发车')
// 发车
// 1
// 2
// 3
// 4
// 5
// 6
最后
参考：
