libuv 非阻塞 I/O 概念與面試題解析
📌 1. 基本概念
libuv 是一個 C 語言實作的跨平台非同步 I/O 函式庫，最初為 Node.js 而生，支援 Linux / Windows / macOS。其功能包含事件迴圈（Event Loop）、非同步檔案 I/O、TCP/UDP socket、子行程控制、Thread pool 等。
✅ Node.js 核心將 JavaScript 的執行交給 V8，系統層的非同步操作交給 libuv。
📌 2. libuv 的角色
| 層級 | 技術 | 功能 |
|---|---|---|
| JS 執行層 | V8 引擎 | 執行 JS、處理微任務 |
| 非同步層 | libuv | 管理非同步任務與事件迴圈 |
| 系統層 | OS | 真正執行系統呼叫（如 I/O） |
📌 3. libuv 如 何處理非同步？
✅ 原理說明：
- JS 呼叫如 fs.readFile() 時，會託管給 libuv
- libuv 把任務加入其內部事件迴圈
- 若是檔案/壓縮等耗時操作，會委託 thread pool 執行
- 結果完成後加入 callback queue，等待事件迴圈處理
📌 4. libuv Thread Pool 機制
預設有 4 個 threads（可透過環境變數 UV_THREADPOOL_SIZE 設定上限為 128）。
常用於：
- fs.*
- crypto.*
- dns.lookup()
❗ 非 I/O 的 JS 運算（如排序）不會自動使用 thread pool。
📌 5. 事件循環（Event Loop）與 libuv 的整合流程
Node.js 事件迴圈分為以下階段（與 libuv 密切關聯）：
| 階段名稱 | 處理對象 |
|---|---|
| timers | setTimeout / setInterval |
| pending callbacks | 某些系統操作的回呼 |
| idle, prepare | 內部使用 |
| poll | I/O 事件發生與回應 |
| check | setImmediate |
| close callbacks | socket.on('close') |
✅ 每一輪事件循環稱為一個 tick。
Microtasks（如 Promise.then）在每個階段後立即清空。
📌 6. 常見面試題與解析
🧠 Q1：Node.js 是非同步的，那誰在背後幫忙處理？
✅ 建議答法：
是由 libuv 負責抽象出跨平台的非同步執行模型，整合 thread pool 和事件循環，讓 JavaScript 層可以維持非同步的寫法而不阻塞主執行緒。
🧠 Q2：哪些內建模組會使用 libuv 的 thread pool？
| 類別 | 使用 Thread Pool |
|---|---|
| 檔案系統 fs | ✅ 是 |
| DNS lookup | ✅ 是 |
| 加解密 crypto | ✅ 是 |
| 網路 socket | ❌ 否（使用 OS 非同步 API，如 epoll/kqueue） |
🧠 Q3：為什麼 setTimeout(fn, 0) 不會立即執行？
✅ 建議答法：
它會排入事件循環的 timers phase，而不是 microtask。真正的執行會等到目前 call stack 清空與 microtask queue 處理完後，才會在下一輪事件迴圈中執行。
🧠 Q4：libuv 如何處理高併發？
✅ 建議答法：
對於 I/O 密集任務，libuv 採非阻塞設計，讓多個任務可同時註冊並在完成後回傳 callback，不需同步等待。對於 CPU 密集任務，則可透過 thread pool 處理，避免阻塞主執行緒。