为啥 node.js 是异步的？

Posted 2023-02-19

【中文标题】为啥 node.js 是异步的？

【英文标题】：Why is node.js asynchronous?为什么 node.js 是异步的？

【发布时间】：2013-07-10 13:05:36

【问题描述】：

实际上没有人问过这个问题（从我得到的所有“建议”以及在我在这里问之前的搜索中）。

那么为什么 node.js 是异步的呢？

根据我的一些研究得出的结论：

像 php 和 Python 这样的语言是脚本语言（我可能对脚本语言的实际语言有误），而 javascript 不是。 （我想这是因为 JS 无法编译？）

Node.js 在单个线程上运行，而脚本语言使用多个线程。

异步意味着无状态，并且连接是持久的，而同步则（几乎）相反。

也许在上面所说的某个地方找到了答案，但我仍然不确定。

我与此主题相关的第二个也是最后一个问题是：

可以把 JavaScript 做成同步语言吗？

PS。我知道你们中的一些人会问“为什么要让 JS 同步？”在你的回答中，但事实是我没有。我只是问这些类型的问题，因为我敢肯定有更多的人，而不仅仅是我自己考虑过这些问题。

【问题讨论】：

谢谢你们。您所有的答案都很棒，并为上述问题增加了不同的价值。我不会将任何一个答案选为最佳答案，因为我相信您的所有答案都会对其他阅读此问题的人很重要。

【参考方案1】：

Node.js 在单个线程上运行，而脚本语言使用多个线程。

技术上不是。 Node.js 使用多个线程，但只有一个执行线程。后台线程用于处理 IO 以使所有异步功能正常工作。高效地处理线程是一件非常痛苦的事情，因此下一个最佳选择是在事件循环中运行，这样代码就可以在后台线程被 IO 阻塞时运行。

异步意味着无状态，并且连接是持久的，而同步则（几乎）相反。

不一定。您可以很容易地在异步系统中保存状态。例如，在 Javascript 中，您可以使用 bind() 将 this 绑定到函数，从而在函数返回时显式保留状态：

function State() 
    // make sure that whenever doStuff is called it maintains its state
    this.doStuff = this.doStuff.bind(this);

State.prototype.doStuff = function () 
;

异步意味着不等待操作完成，而是注册一个监听器。这种情况在其他语言中一直发生，尤其是任何需要接受用户输入的语言。例如，在 Java GUI 中，您不会阻止等待用户按下按钮，而是向 GUI 注册一个侦听器。

我与此主题相关的第二个也是最后一个问题是：

可以把 JavaScript 做成同步语言吗？

从技术上讲，所有语言都是同步的，即使是 Javascript。但是，Javascript 在异步设计中工作得更好，因为它被设计为单线程。

基本上有两种类型的程序：

CPU 受限 - 使其运行得更快的唯一方法是获得更多 CPU 时间 IO 受限 - 花费大量时间等待数据，因此更快的处理器无关紧要

视频游戏、数字运算器和编译器受 CPU 限制，而 Web 服务器和 GUI 通常受 IO 限制。 Javascript 相对较慢（因为它非常复杂），因此它无法在 CPU 密集型场景中竞争（相信我，我已经编写了相当一部分 CPU 密集型 Javascript）。

Javascript 不是根据类和对象进行编码，而是根据可以串在一起的简单函数进行编码。这在异步设计中非常有效，因为可以编写算法以在数据进入时增量处理数据。IO（尤其是网络 IO）非常慢，因此数据包之间存在相当长的时间。

示例

假设您有 1000 个实时连接，每个连接每毫秒发送一个数据包，处理每个数据包需要 1 微秒（非常合理）。我们还假设每个连接发送 5 个数据包。

在单线程同步应用程序中，每个连接都将被串行处理。总时间为 (5*1 + 5*.001) * 1000 毫秒，或 ~5005 毫秒。

在单线程异步应用程序中，每个连接都将被并行处理。由于每个数据包需要 1 毫秒，而处理每个数据包需要 0.001 毫秒，因此我们可以在数据包之间处理每个连接的数据包，因此我们的公式变为：1000*.001 + 5*1 毫秒，即 ~6 毫秒。

解决这个问题的传统方法是创建更多线程。这解决了 IO 问题，但是当连接数增加时，内存使用量（线程消耗大量内存）和 CPU 使用量（将 100 个线程多路复用到 1 个核心比 1 个线程在 1 个核心上更难）也增加了。

但是，也有缺点。如果您的 Web 应用程序碰巧也需要进行一些繁重的数字运算，那么您就是 SOL，因为当您在运算数字时，连接需要等待。线程解决了这个问题，因为当数据准备好等待 IO 的线程时，操作系统可以交换 CPU 密集型任务。此外，node.js 绑定到单核，因此您无法利用多核处理器，除非您启动多个实例和代理请求。

【参考方案2】：

Javascript 不会编译成任何东西。它在运行时被“评估”，就像 PHP 和 Ruby 一样。因此，它是一种类似于 PHP/Ruby 的脚本语言。 （它的正式名称实际上是 ECMAScript）。

Node 遵循的“模型”与 PHP/Ruby 有点不同。 Node.js 使用一个“事件循环”（单线程），其一个目标是接受网络请求并非常快速地处理它们，如果由于任何原因它遇到需要一段时间的操作（API 请求，数据库查询 -基本上任何涉及 IO（输入/输出）的东西，它都会将其传递给后台“工作”线程，然后在工作线程等待长任务完成时去做其他事情。发生这种情况时，主“事件循环”将获取结果并继续处理它们。

PHP/Ruby 遵循线程模型。本质上，对于每个传入的网络请求，应用程序服务器都会启动一个孤立的线程或进程来处理请求。这并不能很好地扩展，与此模型相比，Node 的方法被认为是其核心优势之一。

异步意味着无状态并且连接是持久的 而同步是（几乎）相反的。

没有。同步指令按自然顺序完成，从头到尾。异步指令是指如果程序流程中的某个步骤耗时较长，程序会继续执行操作，完成后直接返回该操作。

可以把 JavaScript 做成同步语言吗？

JavaScript 中的某些操作是同步的。其他是异步的。 例如：

阻塞操作：

for(var k = 0; k < 1; k = k - 1;)
  alert('this will quickly get annoying and the loop will block execution')
alert('this is blocked and will never happen because the above loop is infinite');

异步：

jQuery.get('/foo', function (result)  alert('This will occur 2nd, asynchronously'); );
alert('This will occur 1st. The above operation was skipped over and execution continued until the above operation completes.');

【讨论】：

Javascript 不能编译成任何东西。 是错误的。 Node.js 使用 V8，其中包含一个 JIT 编译器，可将 Javascript 编译为机器代码。对于 PHP，有 plenty solutions that can compile the code。 Ruby 不评估源代码，而是在抽象语法树上运行。 -> 语言本身并不暗示它是被解释的还是编译的，但问题所涉及的具体实现不是经典意义上的解释。

@Fresheyeball “V8 将 JavaScript 源代码在第一次执行时直接编译成机器码。没有中间字节码，没有解释器。”见v8 design docs -> Dynamic Machine Code Generation

@flob JS 只编译 PHP 或 Python。 V8 是一个很棒的运行时，但你给它的是纯文本脚本，而不是编译后的二进制文件。

@BaileyS 它的行为类似于解释器，但它在许多方面都像编译器一样运行，通常称为 JIT compiler。这是一个灰色地带，但我认为称其为“编译”并非没有道理。

@BaileyS 最好考虑编译和解释的实现，因为语言可以有多个。如果有人以某种方式为 PHP 编写了一个非常快速的编译器，那么语言仍然是相同的。所以我想我同意添加新编译器不会重新分类语言，但不是因为 JIT 编译器不是真正的编译器。

【参考方案3】：

可以把 JavaScript 做成同步语言吗？

Javascript 不是“异步语言”；相反，node.js 有很多异步的API。异步性是 API 而不是语言的属性。在 javascript 中可以轻松地创建和传递函数，这使得传递回调函数变得很方便，这是在异步 API 中处理控制流的一种方式，但是 javascript 本身并没有什么异步的。 Javascript 可以轻松支持同步 API。

为什么 node.js 是异步的？

Node.js 偏爱异步 API，因为它是单线程的。这允许它有效地管理自己的资源，但要求长时间运行的操作是非阻塞的，并且异步 API 是一种允许通过大量非阻塞操作控制流的方法。