Node y el Event Loop

Como todos sabemos Javascript nació siendo un lenguaje de programación únicamente para la web. Esto indica que solamente funciona en un navegador.

Del lado del servidor podíamos usar cualquier lenguaje de programación que queramos a excepción de Javascript. Java, C#, Ruby, Python, PHP, etc.

Pero eso cambió hasta hace unos años… 😲

Una persona en el año 2009 decidió crear un entorno de desarrollo para ejecutar código Javascript del lado del servidor. Se construyó bajo el motor V8 de Google. Nodejs realmente tiene poco en el mercado y se ha vuelto muy popular y agradable para muchos desarrolladores. Sobre todo para aquellos que usaban Javascript. Pero de la misma manera muchos de ellos decidieron probar Javascript para empezar a desarrollar con Node y ver el potencial que tenía para programar en el backend.

Y vaya que lo tiene! Claro, tiene sus ventajas y desventajas como cualquier tecnología, pero se convirtió en el encanto de muchos programadores.

Bueno, entonces básicamente podemos simplificar que Nodejs es una herramienta para correr código Javascript en el lado del servidor.

Pero 😑

¿Qué es lo que Nodejs tiene de diferente a otros lenguajes de programación?

Bueno, Node tiene algo muy distintivo de los demás. El cual es trabajar con un solo hilo. Si tienes tiempo programando con otros lenguajes, sabrás que muchos de ellos pueden usar más de un hilo. Esto se debe a que un lenguaje como Java, se ejecuta de manera secuencial y cuando encuentra un proceso que lleva mucho tiempo para ejecutarse, el programa debe esperar forzosamente a que el proceso termine para seguir ejecutando todo el código que hay después de él.

Eso, de alguna manera se puede solucionar, creando nuevos hilos y hacer que ciertas tareas se ejecuten en segundo plano para continuar con la ejecución del programa.

Pues, aquí es donde entra Nodejs y lo innovador que tiene. Cosas como el Event loop, Call Stack, Programación Asíncrona, Callbacks, etc. Todos estos son conceptos en común que son la base del funcionamiento de Nodejs y creo que es indispensable saber cómo y porqué trabaja de esta manera. Así, podremos sacarle el máximo provecho a la herramienta y escribir un mejor código.

Bueno, empecemos ahora por explicar como trabaja Nodejs.

Como mencione anteriormente, Node, trabaja con un solo hilo. Esto significa que solo ejecutará un proceso a la vez.

Como desarrolladores de Javascript debemos tener mucho cuidado al programar de no bloquear este único hilo. Aquí entra la parte de Blocking y Non-Blocking.

Blocking

Es básicamente esperar a que un proceso termine para después continuar con la ejecución del programa. Esto se hace usando operaciones síncronas, ciclos infinitos, etc.

Non-Blocking

Permite que tu programa siga corriendo sin la obligación de esperar a que un proceso termine su ejecución. Esto se lleva a cabo usando operaciones asíncronas.

¿Pero qué son las operaciones síncronas y asíncronas? 😕

Las operaciones síncronas nos obligan a esperar a que la tarea termine por completo su ejecución. En la librería de nodejs, muchas de las operaciones cuentan con métodos síncronos y asíncronos a la vez.

Las operaciones asíncronas nos dan la capacidad de diferir una tarea para seguir ejecutando las demás. Es decir, el programa se encuentra con una operación que va a llevar tiempo en completarse, entonces deja que esta corra y continua con lo demás. Una vez se complete la operación en espera, la ejecuta.

Aprovechando, toquemos el tema de callbacks.

Callbacks

Los callbacks son funciones que se pasan como parámetro de otra función. Son parte esencial de las operaciones asíncronas.

Por ejemplo, al escribir una función que se encarga de leer un archivo del disco duro, puedo pasarle una función o mejor llamado callback, el cual va a ser llamado una vez termine de leer el archivo y va a ejecutar lo que esté dentro de él. Por ello, el nombre callback.

Ahora, pasemos a algo sumamente importante en Nodejs.

Event Loop

El event loop es el que se encarga de implementar las operaciones asíncronas o el non-blocking. El event loop corre en el único hilo que existe en Node y como mencionamos anteriormente, al bloquear el único hilo de node, estamos bloqueando el event loop.

Importante: Libuv (una librería escrita en C), es el que permite que el event loop funcione y todo el comportamiento asíncrono en Node. Puedes conocer más sobre esta librería ingresando a su sitio oficial.

Call Stack

Cada vez que una función va a ser ejecutada pasa por el call stack. Como ya sabemos, al trabajar con operaciones asíncronas, estas poseen callbacks, que se ejecutarán una vez el proceso de la operación haya terminado y que se irán añadiendo al callback queue.

Callback Queue

Aquí se agregan los callback o funciones que se ejecutan una vez las operaciones asíncronas hayan terminado. Se utiliza el método FIFO (first input, first output), traducido, primero en entrar, primero en salir.

El event loop es el que se encarga de revisar que el call stack este vacío para añadir lo que está dentro del callback queue y ejecutarlo. Mostraré lo anteriormente mencionado con un ejemplo de código para lograr entender de una mejor manera el trabajo del event loop. 😉

Brevemente explicaré que hace el snippet de código mostrado.

• Linea 1: Obtenemos la librería File System de Nodejs para poder leer un archivo del disco duro.
• Linea 3: Implementamos la operación asíncrona readFile, el cual recibirá como parámetros la ruta del archivo y el callback.
• Linea 4: Se encuentra un timer, en este caso, setTimeout la cual es una operación asíncrona y posee una función llamada timeout2 que se ejecutará después de 4 segundos.
• Linea 9: Operación síncrona que imprimirá en consola el mensaje correspondiente.
• Linea 11: Un timer que posee una función llamada timeout que se ejecutará después de 5 segundos. Ahora si puedes, piensa por un momento, cómo crees que será el orden en que se va a ejecutar este código y cuál será el orden en el que se imprimirá en consola. 😣

Bueno, pasemos a explicar todo el trabajo que Nodejs hace para correr el programa que escribimos.

Primeramente, se agrega la operación readFile al call stack, debido a que es la primera del programa. Al ser una operación asíncrona, esta se mueve a la sección de APIs donde ahi esperaremos a que las herramientas encargadas hagan lo necesario para completar la tarea.

El programa estará esperando a que el archivo termine de leerse, pero él continuará con la ejecución del programa. En este caso, se encuentra una operación síncrona (se ejecuta de manera muy rápida) que imprime en consola el mensaje.

Ahora, vemos que la operación de leer el archivo terminó. Por lo tanto, pasa al callback queue. También, vemos que en el call stack se encuentra un timer. Esto porque es lo que esta después del console.log anterior.

El timer posee una función llamada timeout que se va a ejecutar después de 5 segundos e imprimirá en consola un mensaje. Por ello, pasa a la sección de APIs y espera los 5 segundos. Ahora, el event loop revisa si esta vacío el call stack para ejecutar el callback de la operación readFile.

Al ejecutar el callback de la operación readFile nos encontramos con otra operación asíncrona. Un timer, con una función llamada timeout2, la cual se ejecutará dentro de 4 segundos. Seguimos esperando a que pasen los 5 segundos del primer timer.

Se agrega la función timeout2 a la sección de APIs a esperar que los segundos pasen.

Podemos observar que la función timeout2 ya terminó su tiempo. Por lo tanto, pasa al callback queue y como el call stack no contiene ninguna operación en ejecución, lo ejecuta.

Se ejecuta el callback de la funcion timeout2, el cual imprime en consola el archivo en formato JSON. También, vemos que la operación timeout culminó y se agrega al callback queue.

Finalmente, el event loop vuelve a revisar el call stack y ejecuta el callback de la función que estaba en el callback queue.

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Al no encontrar nada mas el event loop dentro del call stack, el programa se acaba. El resultado final del programa seria el siguiente:

// Hello Event Loop
// {name: Fernando Hernández, age: 21}
// Hi, I'm executed

Te recomiendo leer las guías de la documentación oficial de nodejs en su sitio.