理解Node.js的event loop

理解Node.js的event loop

翻译的一片文章，原文在这里（ps:这个博客我推荐看下，里面还有博主自己写的node.js电子书，质量很高），很基础的东西，个人感觉理解了这个，对以后node开发帮助很大，也不会去做用js手写异步函数的傻事了。但是直接读英文觉得没什么，翻成中文有些地方真觉得罗嗦。。。翻译有问题的地方，欢迎在下面或者我的博客里指出。

正文如下：

关于Node.js的第一个基本概念是I/O操作开销是巨大的：

I/O开销

所以，当前变成技术中最大的浪费来自于等待I/O操作的完成。有几种方法可以解决性能的影响：

  • 同步方式：按次序一个一个的处理请求。利：简单；弊：任何一个请求都可以阻塞其他所有请求。
  • 开启新进程：每个请求都开启一个新进程。利：简单；弊：大量的链接意味着大量的进程。
  • 开启新线程：每个请求都开启一个新线程。利：简单，而且跟进程比，对系统内核更加友好，因为线程比进程轻的多;弊:不是所有的机器都支持线程，而且对于要处理共享资源的情况，多线程编程会很快变得太过于复杂。

第二个基本概念是每个连接都创建一个新线程是很消耗内存的（例如：你可以对比Nginx回想一下Apache内存耗尽的情景）。

Apache是多线程的：它为每个请求开启一个新的线程（或者是进程，这取决于你的配置），当并发连接增多时，你可以看看它是怎么一点一点耗尽内存的。Nginx和Node.js不是多线程的，因为线程的消耗太“重”了。它们两个是单线程、基于事件的，这就把处理众多连接所产生的线程/进程消耗给消除了。

Node.js中你的代码运行在单线程之中

确实只有一个线程：你不能并行执行任何代码，比如：下面的“sleep”将会阻塞sever1秒钟：

while(new Date().getTime() < now + 1000) {
    // do nothing
}

当这段代码运行时，Node.js不会响应客户端任何请求，因为只有一个线程来运行你的代码，另外，如果你执行cpu密集的任务，比如重设图像的大小，它也会阻塞所有请求。

……然而，除了你的代码，其它的一切都是并行执行的

单线程没法让代码并行执行。但是所有I/O操作都是事件驱动、并行的，所以下面的代码不会阻塞server：

c.query(
   'SELECT SLEEP(20);',
   function (err, results, fields) {
     if (err) {
       throw err;
     }
     res.writeHead(200, {'Content-Type': 'text/html'});
     res.end('<html><head><title>Hello</title></head><body><h1>Return from async DB query</h1></body></html>');
     c.end();
    }
);

如果你在一次请求中执行这些，当数据库sleep时，其他请求也会立即被处理。

为什么异步比较好？什么时候我们应该从同步转移到异步/并行执行呢？

同步执行也不错，因为它简便了我们敲代码。但在使用异步时，你不必关心后端是怎么处理的。而且，在I/O操作时不会阻止其他请求，同时无需承担每个请求所产生的线程/进程的成本。

I/O操作时使用异步处理很好，因为I/O操作的成本比单纯执行代码要高的多，我们应该在等待I/O时做其它更有意义的工作。

Node.js event loop

Event loop是指处理外部事件，并把外部事件转换为回调来进行调用的实体（晦涩难懂！！原文：an entity that handles and processes external events and converts them into callback invocations）.所以，I/O调用的同时，server就可以去处理另一个请求。在一次I/O调用中，你的代码保存回调函数并把控制权交回到node.js运行时。当数据加载完毕可以访问时，就可以执行回调函数了。

当然，在后端有很多数据库接入和处理的进程。但是，这些都不需要通过你的代码直接实现，你也就不必了解后台I/O之间的相互作用关系。和Apache相比，省去了很多线程消耗，因为不是每个链接都需要新线程，仅那些需要并行运行的才需要新线程。

不只是I/O调用，Node.js期望所有的请求都能快速的响应，比如CPU密集的工作应该分离到其他进程，你可以使用事件和他交互。

内部实现

在内部，Node.js依赖libev来提供event loop，使用线程池来提供异步I/O。


7 回复

理解Node.js的Event Loop

Node.js 是一个基于 Chrome V8 JavaScript 引擎的服务器端 JavaScript 运行环境，它的核心特性之一就是其非阻塞、事件驱动的特性。理解 Node.js 的 Event Loop 对于编写高效的 Node.js 应用程序至关重要。

基本概念

首先，我们要认识到 I/O 操作的开销是巨大的。在传统的编程模型中，大量的时间都花在了等待 I/O 操作完成上。这会导致应用程序的性能下降。为了应对这个问题，Node.js 采用了事件驱动、异步的方式来处理 I/O 操作。

同步 vs 异步

让我们先来看一下同步和异步的概念：

  • 同步方式：这种方式按顺序处理请求。优点是简单，但缺点是任何一个请求都可以阻塞其他所有请求。
  • 异步方式：这种方式允许同时处理多个请求。优点是高效，但缺点是代码编写稍微复杂一些。

单线程与 Event Loop

Node.js 中的代码运行在一个单线程中。这意味着，任何 CPU 密集型任务都会阻塞整个应用。例如：

// 阻塞服务器1秒
while (new Date().getTime() < new Date().getTime() + 1000) {
    // do nothing
}

上述代码会阻塞服务器，导致其他请求无法及时响应。

然而，Node.js 的神奇之处在于，除了你的代码之外，所有 I/O 操作都是并行的。例如：

c.query(
    'SELECT SLEEP(20);',
    function (err, results, fields) {
        if (err) {
            throw err;
        }
        res.writeHead(200, {'Content-Type': 'text/html'});
        res.end('<html><head><title>Hello</title></head><body><h1>Return from async DB query</h1></body></html>');
        c.end();
    }
);

在这个例子中，尽管数据库查询可能需要花费20秒的时间，但在这段时间内，服务器仍然可以处理其他请求。这是因为 Node.js 使用了一个称为 Event Loop 的机制来管理异步操作。

Event Loop 解析

Event Loop 是 Node.js 处理外部事件并将其转换为回调函数调用的核心机制。当你发起一个 I/O 请求时，Node.js 会保存回调函数并将控制权交还给运行时环境。一旦 I/O 操作完成，Node.js 会自动调用相应的回调函数。

Node.js event loop

内部实现

在内部，Node.js 依赖于 libev 来提供 event loop，使用线程池来处理异步 I/O 操作。这意味着，虽然 Node.js 本身是单线程的，但它可以有效地利用底层的多线程机制来提高性能。

总结

理解 Node.js 的 Event Loop 是掌握 Node.js 编程的关键。通过使用异步编程模式，Node.js 能够高效地处理大量并发连接，而不需要为每个连接创建新的线程或进程。这使得 Node.js 成为构建高性能网络应用的理想选择。


说的很好~

补充下，Node.js内部*nix下用的libev。Windows下用的IOCP

“Apache是多线程的：它为每个请求开启一个新的线程（或者是进程，这取决于你的配置），当并发连接增多时，你可以看看它是怎么一点一点耗尽内存的。Nginx和Node.js不是多线程的，因为线程的消耗太“重”了。”

请问这句话怎么理解，难道node是一个线程处理多个请求？ 比如有三个人同时访问一个node站点，这三个请求是一个线程处理还是三个线程处理？

var responseHelper = { /** * [@param](/user/param) res restify response obj * [@param](/user/param) code http code * [@param](/user/param) message 消息 * [@constructor](/user/constructor) */ ManualError:function(res,code,message){ res.send(code, { code:code, message:message }); } };

三个请求的真正处理操作不在这个node线程中，这个线程运行的是event loop，把请求分发到worker 线程，worker线程应该是用c++实现的，完了后再通过callback把结果返回给客户端。

理解Node.js的event loop

Node.js 的核心概念之一就是事件循环(event loop)，这是其非阻塞 I/O 模型的基础。事件循环使得 Node.js 能够高效地处理大量并发连接，而不需要为每个连接创建新的线程或进程。

单线程与事件驱动

尽管 Node.js 的用户代码是在一个单线程中运行，但这并不意味着它是阻塞的。实际上，除了你的用户代码外，Node.js 的其他部分都是并行执行的。具体来说，所有的 I/O 操作都是事件驱动的，这意味着在执行 I/O 操作时，Node.js 不会阻塞整个进程。

示例代码

让我们来看一个简单的例子：

const http = require('http');

const server = http.createServer((req, res) => {
  // 模拟一个长时间的 I/O 操作，例如读取数据库
  setTimeout(() => {
    res.writeHead(200, {'Content-Type': 'text/plain'});
    res.end('Hello World\n');
  }, 2000); // 延迟 2 秒
});

server.listen(3000, () => {
  console.log('Server running at http://localhost:3000/');
});

在这个例子中，当服务器接收到请求时，它会启动一个定时器，模拟一个长时间的 I/O 操作。但即使这个定时器在运行，Node.js 仍然可以继续处理其他请求。因此，其他请求不会被阻塞。

为什么异步更好？

异步编程的好处在于，当你等待 I/O 操作完成时，Node.js 可以去做其他事情。这样，服务器可以更高效地利用资源，从而处理更多的并发请求。

事件循环的内部工作原理

Node.js 使用 libuv 库来管理事件循环和异步 I/O 操作。事件循环是一个无限循环，它不断地检查是否有新的事件需要处理。如果有，它会执行相应的回调函数。

在 Node.js 中，事件循环大致分为以下几个阶段：

  1. Timers: 处理 setTimeout 和 setInterval 回调。
  2. I/O Callbacks: 处理几乎所有的回调，除了 close 事件和定时器回调。
  3. Idle, Prepare: 仅用于内部操作。
  4. Poll: 获取新的 I/O 事件，尽可能处理 I/O 事件的回调。
  5. Check: 处理 setImmediate() 的回调。
  6. Close Callbacks: 处理 socket.on('close', ...) 的回调。

结论

理解 Node.js 的事件循环是掌握其编程模型的关键。通过充分利用事件循环，开发者可以编写出高效、非阻塞的代码，从而更好地利用资源并处理大量并发连接。

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