Node.js的线程和进程

Posted 2021-04-25 InfoQ

很多Node.js初学者都会有这样的疑惑，Node.js到底是单线程的还是多线程的？通过本章的学习，能够让读者较为清晰的理解Node.js对于单/多线程的关系和支持情况。同时本章还将列举一些让Node.js的web服务器线程阻塞的例子，最后会提供Node.js碰到这类cpu密集型问题的解决方案。

在学习本章之前，读者需要对Node.js有一个初步的认识，熟悉Node.js基本语法、cluster模块、child_process模块和express框架；接触过apache的http压力测试工具ab；了解一般web服务器对于静态文件的处理流程。

Node.js和PHP

早期有很多关于Node.js争论的焦点都在它的单线程模型方面，在由Jani Hartikainen写的一篇著名的文章《php优于Node.js的五大理由》中，更有一条矛头直接指向Node.js单线程脆弱的问题。

如果PHP代码损坏，不会拖垮整个服务器。PHP代码只运行在自己的进程范围中，当某个请求显示错误时，它只对特定的请求产生影响。而在Node.js环境中，所有的请求均在单一的进程服务中，当某个请求导致未知错误时，整个服务器都会受到影响。

Node.js和Apache+PHP还有一个非常不同的地方就是进程的运行时间长短，当然这一点也被此文作为一个PHP优于Node.js的理由来写了。

PHP进程短暂。在PHP中，每个进程对请求持续的时间很短暂，这就意味着你不必为资源配置和内存而担忧。而Node.js的进程需要运行很长一段时间，你需要小心并妥善管理好内存。比如，如果你忘记从全局数据中删除条目，这会轻易的导致内存泄露。

在这里我们并不想引起一次关于PHP和Node.js孰优孰劣的口水仗，PHP和Node.js各代表着一个互联网时代的开发语言，就如同我们讨论跑车和越野车谁更好一样，它们都有自己所擅长和适用的场景。我们可以通过下面这两张图深入理解一下PHP和Node.js对处理Http请求时的区别。

PHP的模型：

Node.js的模型：

所以你在编写Node.js代码时，要保持清醒的头脑，任何一个隐藏着的异常被触发后，都会将整个Node.js进程击溃。但是这样的特性也为我们编写代码带来便利，比如同样要实现一个简单的网站访问次数统计，Node.js只需要在内存里定义一个变量var count=0;，每次有用户请求过来执行count++;即可。但是对于PHP来说就需要使用第三方媒介来存储这个count值了，比如创建一个count.txt文件来保存网站的访问次数。

单线程的js

Google的V8 javascript引擎已经在Chrome浏览器里证明了它的性能，所以Node.js的作者Ryan Dahl选择了v8作为Node.js的执行引擎，v8赋予Node.js高效性能的同时也注定了Node.js和大名鼎鼎的nginx一样，都是以单线程为基础的，当然这也正是作者Ryan Dahl设计Node.js的初衷。

单线程的优缺点

Node.js的单线程具有它的优势，但也并非十全十美，在保持单线程模型的同时，它是如何保证非阻塞的呢？

高性能

首先，单线程避免了传统PHP那样频繁创建、切换线程的开销，使执行速度更加迅速。第二，资源占用小，如果有对Node.js的web服务器做过压力测试的朋友可能发现，Node.js在大负荷下对内存占用仍然很低，同样的负载PHP因为一个请求一个线程的模型，将会占用大量的物理内存，很可能会导致服务器因物理内存耗尽而频繁交换，失去响应。

线程安全

单线程的js还保证了绝对的线程安全，不用担心同一变量同时被多个线程进行读写而造成的程序崩溃。比如我们之前做的web访问统计，因为单线程的绝对线程安全，所以不可能存在同时对count变量进行读写的情况，我们的统计代码就算是成百的并发用户请求都不会出现问题，相较PHP的那种存文件记录访问，就会面临并发同时写文件的问题。线程安全的同时也解放了开发人员，免去了多线程编程中忘记对变量加锁或者解锁造成的悲剧。

单线程的异步和非阻塞

Node.js是单线程的，但是它如何做到I/O的异步和非阻塞的呢？其实Node.js在底层访问I/O还是多线程的，有兴趣的朋友可以翻看Node.js的fs模块的源码，里面会用到libuv来处理I/O，所以在我们看来Node.js的代码就是非阻塞和异步形式的。

阻塞/非阻塞与异步/同步是两个不同的概念，同步不代表阻塞，但是阻塞肯定就是同步了。

举个现实生活中的例子，我去食堂打饭，我选择了A套餐，然后工作人员帮我去配餐，如果我就站在旁边，等待工作人员给我配餐，这种情况就称之为同步；若工作人员帮我配餐的同时，排在我后面的人就开始点餐，这样整个食堂的点餐服务并没有因为我在等待A套餐而停止，这种情况就称之为非阻塞。这个例子就简单说明了同步但非阻塞的情况。

再如果我在等待配餐的时候去买饮料，等听到叫号再回去拿套餐，此时我的饮料也已经买好，这样我在等待配餐的同时还执行了买饮料的任务，叫号就等于执行了回调，就是异步非阻塞了。

阻塞的单线程

既然Node.js是单线程异步非阻塞的，是不是我们就可以高枕无忧了呢？

还是拿上面那个买套餐的例子，如果我在买饮料的时候，已经叫我的号让我去拿套餐，可是我等了好久才拿到饮料，所以我可能在大厅叫我的餐号之后很久才拿到A套餐，这也就是单线程的阻塞情况。

在浏览器中，js都是以单线程的方式运行的，所以我们不用担心js同时执行带来的冲突问题，这对于我们编码带来很多的便利。

但是对于在服务端执行的Node.js，它可能每秒有上百个请求需要处理，对于在浏览器端工作良好的单线程js是否也能同样在服务端表现良好呢？更多精彩内容，请点击“阅读原文”。

文章最后进行了总结：

单线程的Node.js给我们编码带来了太多的便利和乐趣，我们应该时刻保持清醒的头脑，在写Node.js代码中切不可与PHP混淆，任何一个隐藏的问题都可能击溃整个线上正在运行的Node.js程序。

单线程异步的Node.js不代表不会阻塞，在主线程做过多的任务可能会导致主线程的卡死，影响整个程序的性能，所以我们要非常小心的处理大量的循环，字符串拼接和浮点运算等cpu密集型任务，合理的利用各种技术把任务丢给子线程或子进程去完成，保持Node.js主线程的畅通。

线程/进程的使用并不是没有开销的，尽可能减少创建和销毁线程/进程的次数，可以提升我们系统整体的性能和出错的概率。

最后请不要一味的追求高性能和高并发，因为我们可能不需要系统具有那么大的吞吐率。高效，敏捷，低成本的开发才是项目所需要的，这也是为什么Node.js能够在众多开发语言中脱颖而出的关键。

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本文来自InfoQ微信公众账号：infoqchina

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