理解 node.js 的事件循环

Posted 2020-09-22 张玉宝

node.js 的第一个基本观点是，I/O 操作是昂贵的：

 

目前的编程技术最大的浪费来自等待 I/O 操作的完成。有几种方法可以解决这些对性能的影响（来自 Sam Rushing）：
　　同步：依次处理单个请求。
　　　　优点：简单。
　　　　缺点：任何一个请求都会阻塞其余请求。
　　创建新进程：为每个请求创建一个进程处理
　　　　优点：容易。
　　　　缺点：扩展性不好，数百个连接意味着数百个进程。fork()是 Unix 程序员的锤子。因为它很有用，所有的问题都像是钉子。但这通常是多余的。
　　线程：为每个请求创建一个线程处理。
　　　　优点：容易；由于线程的开销通常都很小，相比于使用 fork 对内核更友好。
　　　　缺点：你的机器可能没有线程，并且线程编程很容易变得复杂，也存在如何访问共享资源的问题。

第二个基本观点是，单线程连接非常消耗内存。

Apach 是多线程的：为每一个请求创建一个线程（或者进程，这取决于配置）。你可以看到增加当前连接数是如何消耗内存的，多个线程需要同时服务多个客户。nginx 和 Node.js 不是多线程的，因为多线程和多进程会带来沉重的内存开销。它们是单线程的，但是基于事件的。通过单线程处理多个连接，解决数千个线程/进程的开销问题。

Node.js 为代码保持着单线程的运行环境

Node.js 确实是单线程运行的：你不能执行任何并发代码；例如“sleep”，这会使服务器停止。

 

当代码运行时，node.js不会响应客户端的其他请求，因为它只有一个线程在执行代码。或者你可以使用一些 CPU-密集型代码，例如，调整图片尺寸，这仍然会阻塞其他请求。

 然而，一切代码都能并行执行

并没有办法让代码在单线程中并行运行。除了所有的 I/O 操作和异步事件，以下代码并不会阻塞服务器：[codesyntax lang="javascript"]

 

在一个请求中执行以上代码，数据库在休眠时其他请求也能被很好的处理。

这样有什么好处？我们什么时候应该将同步改为异步/并行执行？

同步执行是好方法，因为这使代码编写变得简单（与多线程相比，并发问题导致了 WTFs）。

在 node.js 中，你不需要担心后台会发生什么：只需要使用回调执行 I/O 操作；这保证了你的代码不会被中断，同时 I/O 操作不会阻塞其他请求，每个请求也不会增加线程/进程的开销（例如，Apache 中的内存开销）。

异步 I/O 操作也是好方法，因为 I/O 操作相较于大多数代码的执行更昂贵，我们应该做其他的事情，而不是等待 I/O 操作

 

时间循环是“一个能够加工和处理外部事件并将它们转换为回调调用的实体”。因此 I/O 调用的关键在于 Node.js 能够从一个请求切换到另一个请求。在一个 I/O 调用中，代码会保存回调函数，并将控制权返回给 node.js 的运行时环境。当数据可用时回调函数将被调用。

当然，在后台中，有用于数据库访问和执行进程的线程和进程。然而，这并没有使代码暴露，因此你不需要为 I/O 操作担心，例如，数据库或者其他进程对于每一个请求都是异步的，这些线程的执行结果会通过事件循环返回给代码。与 Apache 模式相比，不需要为每个连接提供单个线程，因此需要更少的线程和线程开销；只有当真的需要并行运行时，即使管理权在 Node.js 也能够运行。

除了 I/O 操作的调用，Node.js 希望其他的所有请求都能迅速响应；例如：CPU-密集型工作应该被拆分到交互事件的进程中，或者像 WebWorkers 那样抽象的使用。（显然地）这意味着在后台没有其他的线程并发运行交互事件。基本上，所有的监听事件对象（都是　EventEmitter 的实例）都支持异步交互事件，你能够以这种方式与阻塞代码交互，例如使用 files，sockets 或者子进程，这些在 Node.js 中都是 EventEmitters。[多核][8]也可以使用这种方法，请参见：node-http-proxy

内部实现

在内部，node.js 依赖于 libev 实现事件循环，以 libeio 为辅助，使用混合线程实现异步 I/O 操作。要想学习更多，就需要查看 libev 的文档。

如何在 Node.js 中使用异步？

Tim Caswell 在他出色的演讲中描述了这种模式：

　　First-class 函数。例如，我们将函数作为参数传递，在需要的时候执行他们。
　　Function 形式。也被称作匿名函数或者闭包函数，当 I/0 操作完成后执行。

 

原文：Understanding the node.js event loop