Node.js Event Loop

2025年11月16日

Node.js Event Loop

英語表記: Node.js Event Loop

概要

Node.js Event Loopは、Node.jsがシングルスレッドの実行環境でありながら、高い並行性（Concurrency）を実現するための核となるメカニズムです。この仕組みは、大分類である並行・並列処理の中でも、特に非同期/イベント駆動のカテゴリにおいて最も重要な要素の一つに位置づけられます。時間のかかるI/O処理（ファイルの読み書きやネットワーク通信など）が発生した際に、メインスレッドをブロックすることなくバックグラウンドで処理を委譲し、完了したタスクを効率的に処理キューから取り出して実行します。これにより、Node.jsは多数の同時接続を極めて少ないリソースで高速に処理することを可能にしているのです。

詳細解説

Node.js Event Loopを理解することは、Node.jsを用いたアプリケーション開発のパフォーマンスを最適化する上で欠かせません。この仕組みが、なぜ並行・並列処理の文脈でマルチスレッドモデルとは異なるアプローチとして成功しているのかを詳しく見ていきましょう。

Event Loopの目的と非同期処理の実現

従来のサーバーサイド技術の多くは、リクエストごとに新しいスレッドを割り当てるマルチスレッドモデルを採用していました。しかし、スレッドの生成や管理にはコストがかかります。Node.jsは、このコストを回避するため、単一のメインスレッドで動作します。

Event Loopの最大の役割は、このシングルスレッドがI/O待ちによって停止する（ブロッキングする）ことを防ぐことです。Node.jsは、時間のかかるI/O操作をOSや内部のC++バインディング（Libuvなど）に委ねてバックグラウンドで処理させます。メインスレッドはその間、次のリクエストやタスクの処理に進むことができます。I/O処理が完了すると、その結果は「イベント」として「コールバックキュー」に格納されます。Event Loopは、メインスレッド（コールスタック）が空になった瞬間に、このキューからイベントを取り出し、対応するコールバック関数を実行します。

この「ノンブロッキングI/O」と「イベント駆動」の組み合わせこそが、Node.jsがスレッドを増やさずに高い並行性を実現している理由であり、非同期/イベント駆動の設計思想を体現していると言えるでしょう。

主要な構成要素

Event Loopは単一の機能ではなく、いくつかのコンポーネントが連携して動作するシステムです。

コールスタック (Call Stack): JavaScriptの関数呼び出しを追跡する場所です。同期的な処理はすべてここで実行されます。Event Loopは、ここが空になったときだけ、キューからタスクを取り出すことができます。
ヒープ (Heap): オブジェクトや変数が格納されるメモリ領域です。
非同期I/Oバインディング (Web API/Libuv): タイマー、ネットワークリクエスト、ファイルI/Oなど、時間のかかる処理をメインスレッドから切り離してバックグラウンドで実行する環境です。
コールバックキュー (Callback Queue / Task Queue): バックグラウンド処理が完了したI/OコールバックやsetTimeoutなどのコールバック関数が、メインスレッドでの実行を待機する場所です。
マイクロタスクキュー (Microtask Queue): Promise.then()やprocess.nextTick()など、高い優先度を持つタスクが待機する場所です。
Event Loop本体: コールスタックとキューの間でタスクの移動を仲介する監視役です。

Event Loopの実行フェーズ

Event Loopは、タスクを処理するために以下の特定の順序でフェーズを巡回します。この巡回を通じて、非同期/イベント駆動の処理が滞りなく進められます。

Timersフェーズ: setTimeout()やsetInterval()で設定されたタイマーのコールバックを実行します。
Pending Callbacksフェーズ: 一部のシステム操作（例: TCP接続のエラー）のコールバックを実行します。
Pollフェーズ (ポーリング): ほとんどのI/O関連のコールバック（ネットワーク、ファイルI/Oなど）が処理される主要なフェーズです。このフェーズでは、新しいI/Oイベントがないか監視し、キューが空になるまで（またはシステムが制限するまで）コールバックを実行し続けます。
Checkフェーズ: setImmediate()でスケジュールされたコールバックを実行します。
Close Callbacksフェーズ: ソケットやリソースが閉じられた際のコールバックを実行します。