新手入门：理解Nodejs的异步非阻塞I/O模型

新手入门：理解Nodejs的异步非阻塞I/O模型

今天.NET老师在课堂上吹捧多线程编程，我就想为单线程抱个不平，因为Node的单线程异步非阻塞I/O模型，演绎了单线程编程的神话。

阻塞I/O 程序执行过程中必然要进行很多I/O操作，读写文件、输入输出、请求响应等等。I/O操作时最费时的，至少相对于代码来说，在传统的编程模式中，举个例子，你要读一个文件，整个线程都暂停下来，等待文件读完后继续执行。换言之，I/O操作阻塞了代码的执行，极大地降低了程序的效率。

下面是是一个C#读文件的例子：

private string ReadTxtToStr(string filename)
{   
    //打开文件,打开期间其他代码停止执行，直到完成打开后继续执行代码。   
    FileStream fs = File.Open(filename, FileMode.Open);    
    Console.WriteLine("我被打开文件阻塞了。");    
    StreamReader sr = new StreamReader(fs);    
    //读取文件，读取期间其他代码停止执行，直到完成读取后继续执行代码。    
    string str=sr.ReadToEnd();    
    Console.WriteLine("我被读取文件阻塞了。");    
    return str;
}

在上述代码中，两个Console.WriteLine()虽然会被执行，但是却被无辜地阻塞一段时间。理论上，如果读取这个文件需要10秒，我们就浪费了10秒在I/O等待中（实际程序运行中有很大一部分时间是浪费在I/O等待上的），在码农眼里这可是天文数字。 Having asynchronous I/O is good, because I/O is more expensive than most code and we should be doing something better than just waiting for I/O. 非阻塞I/O 理解了阻塞I/O，非阻塞I/O就好理解。非阻塞I/O是程序执行过程中，I/O操作不会阻塞程序的执行，也就是在I/O操作的同时，继续执行其他代码（这得益于Node的事件循环机制）。在I/O设备效率还远远低于CPU效率的时代，这种I/O模型（非阻塞I/O）为程序带来的性能上的提高是非常可观的。

好，下面感受一下怎么用Node.js实现非阻塞I/O，继续读文件，看码：

var fs = require("fs");
fs.readFile("./testfile", "utf8", function(error, file) {  
     if (error) throw error;  
     console.log("我读完文件了！");
});
console.log("我不会被阻塞！");

复制上面代码保存为test.js，并在同一目录下新建一个名为testfile的文件，用node命令运行test.js,你将看到以下输出:

我不会被阻塞！

我读完文件了！

这显然不符合传统的程序执行顺序，注意，这就是Node.js的非阻塞I/O了。

首先解释下面程序，如果你熟悉JavaScript，请忽略。

var fs = require("fs");

以上代码：引入Node.js内置的File System文件系统模块fs。require()相当与Java的import，C++的include。

fs.readFile("./testfile", "utf8", function(error, file) { 
    if (error) throw error; 
    console.log("我读完文件了！");
});

以上代码：进行I/O操作，给readFile绑定一个回调函数function(error,file){},并在读取testfile完成后执行回调函数。期间，后面的代码继续执行，不受I/O阻塞。

这就是为什么先看到“我不会被阻塞！”而后看到“我读完文件了！”的缘故。

Node.js事件轮询机制(event loop) 《Node入门》推荐我们去读一下Mixu的一篇关于事件轮询的博文，的确值得一读，我英语一般，开着词典还能勉强看，略懂吧。

Mixu说的最经典的一句话：

Everything runs in parallel except your code!

（在Node中）除了代码，一切都是并行的！

理解这句话，再去学Node，也就事半功倍了！


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新手入门：理解Nodejs的异步非阻塞I/O模型

在今天的课堂上，老师提到了.NET平台中的多线程编程，让我想起了Node.js单线程异步非阻塞I/O模型的魅力。Node.js通过其独特的单线程模型和事件驱动架构，展现了单线程编程的强大能力。

阻塞I/O

在传统编程模式中，当程序执行到需要进行I/O操作（如读写文件、网络请求等）时，整个线程会暂停下来，直到I/O操作完成才会继续执行。这种模式被称为阻塞I/O。阻塞I/O会导致程序效率低下，因为大量的时间被浪费在等待I/O操作完成上。

例如，下面是一个使用C#编写的读文件代码：

private string ReadTxtToStr(string filename)
{
    // 打开文件，打开期间其他代码停止执行，直到完成打开后继续执行代码。
    FileStream fs = File.Open(filename, FileMode.Open);
    Console.WriteLine("我被打开文件阻塞了。");
    StreamReader sr = new StreamReader(fs);
    // 读取文件，读取期间其他代码停止执行，直到完成读取后继续执行代码。
    string str = sr.ReadToEnd();
    Console.WriteLine("我被读取文件阻塞了。");
    return str;
}

在这个例子中，Console.WriteLine语句会被执行，但由于阻塞I/O的存在，这些语句会在I/O操作完成之前无法继续执行。假设读取文件需要10秒，那么在这10秒里，程序实际上处于空闲状态。

非阻塞I/O

非阻塞I/O允许在I/O操作期间继续执行其他代码，从而提高了程序的效率。Node.js正是通过这种方式实现了高效的异步编程。

下面是一个使用Node.js实现非阻塞I/O的示例代码：

var fs = require("fs");

fs.readFile("./testfile", "utf8", function(error, file) {
    if (error) throw error;
    console.log("我读完文件了！");
});

console.log("我不会被阻塞！");

将上述代码保存为 test.js，并在同一目录下创建一个名为 testfile 的文件，然后使用 node test.js 命令运行它。你会看到以下输出：

我不会被阻塞！
我读完文件了！

这里的关键在于 fs.readFile 方法。该方法接受一个回调函数作为参数，当文件读取完成后，这个回调函数会被调用。在这期间，程序不会停止执行，而是继续运行后续代码。

Node.js事件循环机制(event loop)

Node.js的核心是其事件循环机制。事件循环不断地检查是否有待处理的任务或事件。当一个任务完成时，相应的回调函数会被推入事件队列中，等待执行。事件循环会依次执行这些回调函数，确保所有I/O操作都是非阻塞的。

Mixu在他的博文中提到的一句话非常经典：“Everything runs in parallel except your code!” 这句话的意思是，在Node.js中，除了你的代码外，其他一切都可以并行执行。理解这一点，对于学习Node.js至关重要。

总结一下，Node.js的异步非阻塞I/O模型通过事件循环机制实现了高效的I/O处理，使得开发者可以编写出高性能的单线程应用。


.NET里也可以异步读取Stream滴，只是麻烦所以很少人用。

NodeJS里因为只有麻烦的做法，大家叫好。

嘘唏不已。

Mixu说的最经典的一句话：

Everything runs in parallel except your code!

（在Node中）除了代码，一切都是并行的！ ==》对于单CPU系统来说，不能算并行，只能说是并发而已

好文章,适合像我这样的新手!之前研究java时，总被java中的多线程环境，并发运行所震撼，现在发现单线程、异步非阻赛的I/O模型更加精妙！

只是还没弄懂的是在单线程环境下，nodeJS中非阻塞的I/O是怎么实现的！！！望楼住赐教……

一楼说的没错，很多语言都能实现异步I/O，主要是通过一个回调机制，可以看看http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-callback/ 这篇文章，

异步非阻塞底层的实现还是多线程，so…

有什么好唏嘘的，这做法怎么麻烦了。

你好我想请问下，如果代码如下

    var fs = require("fs");
    fs.writeFile("./testfile", "utf8", function(error, file) {  
        if (error) throw error;  
        console.log("我保存文件了！");
    });
    console.log("我不会被阻塞！");

输出顺序是不会改变，但是我想请问下，是文件先被写入完成，还先输出 “我不会被阻塞！”（即 顺序是否为： wirteFile保存文件 -> “我不会被阻塞！” -> function回调函数 -> “我保存文件了！” ？？？）

不要这么锱铢必较嘛:)

Node 的 异步非阻塞I/O，是建立在 C/C++ 多线程基础上的。。。

搞不清楚 异步和 非阻塞 这两个概念不同吧

在Node.js中，使用异步非阻塞I/O模型可以显著提升程序的性能。与传统阻塞I/O模型相比，Node.js不会让线程等待I/O操作完成，而是通过事件循环机制来处理I/O操作。这样，当I/O操作正在进行时，Node.js可以继续执行其他任务。

下面是一个简单的示例，展示了如何在Node.js中实现异步非阻塞I/O：

var fs = require("fs");

// 异步读取文件
fs.readFile("./testfile", "utf8", function(error, file) {
    if (error) throw error;
    console.log("我读完文件了！");
});

// 这句代码会立即执行
console.log("我不会被阻塞！");

在这个例子中，fs.readFile() 方法用于读取文件，但并不会阻塞后续代码的执行。当文件读取完成后，回调函数会被调用，打印出 “我读完文件了！”。而在这之前，“我不会被阻塞！” 这条消息已经提前打印出来。

这种方式使得Node.js非常适合处理高并发场景，因为它允许程序在等待I/O操作的同时继续处理其他任务，从而充分利用了CPU资源。

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