深入浅析Node.js单线程模型


Posted in Javascript onJuly 10, 2017

Node.js采用 事件驱动 和 异步I/O 的方式,实现了一个单线程、高并发的运行时环境,而单线程就意味着同一时间只能做一件事,那么Node.js如何利用单线程来实现高并发和异步I/O?本文将围绕这个问题来探讨Node.js的单线程模型:

1、高并发

一般来说,高并发的解决方案就是多线程模型,服务器为每个客户端请求分配一个线程,使用同步I/O,系统通过线程切换来弥补同步I/O调用的时间开销,比如Apache就是这种策略,由于I/O一般都是耗时操作,因此这种策略很难实现高性能,但非常简单,可以实现复杂的交互逻辑。

而事实上,大多数网站的服务器端都不会做太多的计算,它们只是接收请求,交给其它服务(比如从数据库读取数据),然后等着结果返回再发给客户端。因此,Node.js针对这一事实采用了单线程模型来处理,它不会为每个接入请求分配一个线程,而是用一个主线程处理所有的请求,然后对I/O操作进行异步处理,避开了创建、销毁线程以及在线程间切换所需的开销和复杂性。

2、事件循环

Node.js 在主线程中维护了一个事件队列,当接收到请求后,就将请求作为一个事件放入该队列中,然后继续接收其他请求。当主线程空闲时(没有请求接入时),就开始循环事件队列,检查队列中是否有要处理的事件,这时要分两种情况:如果是非I/O任务,就亲自处理,并通过回调函数返回到上层调用;如果是I/O任务,就从线程池中拿出一个线程来执行这个事件,并指定回调函数,然后继续循环队列中的其他事件。当线程中的I/O任务完成后,就执行指定的回调函数,并把这个完成的事件放到事件队列的尾部,等待事件循环,当主线程再次循环到该事件时,就直接处理并返回给上层调用。 这个过程就叫事件循环(Event Loop),如下图所示:

深入浅析Node.js单线程模型

这个图是整个Node.js的运行原理,从左到右,从上到下,Node.js被分成了四层,分别是应用层、V8引擎层、Node API层 和 LIBUV层,

应用层:   即Javascript交互层,常见的就是Node.js的模块,比如 http,fs
V8引擎层:  即利用V8引擎来解析Javascript语法,进而和下层API交互
NodeAPI层:  为上层模块提供系统调用,一般是由C语言来实现,和操作系统进行交互
LIBUV层: 即Event Loop,是Node.js实现异步的核心,由LIBUV库来实现,而LIBUV中的线程池是由操作系统内核接受管理的。

从上述理解来看,Node.js的单线程仅仅是指Javascript运行在单线程中,而并非Node.js是单线程,在Node中,无论是Linux平台还是Windows平台,内部都是通过线程池来完成IO操作,而LIBUV就是针对不同平台的差异性实现了统一调用。

3、事件驱动

总结上面的过程可以发现,Node.js的核心是使用事件驱动模式实现了异步I/O,为了更具体、更清晰的理解和接受这个事实,我们用代码来描述Node.js的事件驱动模型:

3.1、事件队列

首先,我们需要定义一个事件队列,既然是队列,那就是一个先进先出(FIFO)的数据结构,我们用JS的数组来描述,如下:

/**
 * 定义事件队列
 * 入队:unshfit()
 * 出队:pop()
 * 空队列:length == 0
 */
eventQueue:[],

为了方便理解,我们规定:数组的第一个元素是队列的尾部,数组的最后一个元素是队列的头部, unshfit 就是在尾部插入一个元素,pop就是从头部弹出一个元素,这样就实现了一个简单的队列。

3.2、接收请求

定义一个总的入口来接收用户请求,如下所示:

/**
 * 接收用户请求
 * 每一个请求都会进入到该函数
 * 传递参数request和response
 */
processHttpRequest:function(request,response){
   
  //定义一个事件对象
  var event = createEvent({
    params:request.params, //传递请求参数
    result:null, //存放请求结果
    callback:function(){} //指定回调函数
  });
 
  //在队列的尾部添加该事件 
  eventQueue.unshift(event);
},

这个函数很简单,就是把用户的请求包装成事件,放到队列里,然后继续接收其他请求。

3.3、事件循环

当主线程处于空闲时就开始循环事件队列,所以,我们再定义一个事件循环的函数:

/**
 * 事件循环主体,主线程择机执行
 * 循环遍历事件队列
 * 处理事件
 * 执行回调,返回给上层
 */
eventLoop:function(){
  //如果队列不为空,就继续循环
  while(this.eventQueue.length > 0){
    //从队列的头部拿出一个事件
    var event = this.eventQueue.pop();
    //如果是IO任务
    if(isIOTask(event)){
      //从线程池里拿出一个线程
      var thread = getThreadFromThreadPool();
      //交给线程处理
      thread.handleIOTask(event)
    }else {
      //非IO任务处理后,直接返回结果
      var result = handleEvent(event);
      //最终通过回调函数返回给V8,再由V8返回给应用程序
      event.callback.call(null,result);
    }
  }
},

主线程不停的检测事件队列,对于IO任务就交给线程池来处理,非IO任务就自己处理并返回。

3.4、线程池

线程池接到任务以后,直接处理IO操作,比如读取数据库:

当IO

/**
 * 处理IO任务
 * 完成后将事件添加到队列尾部
 * 释放线程
 */
handleIOTask:function(event){
  //当前线程
  var curThread = this;
 
  //操作数据库
  var optDatabase = function(params,callback){
    var result = readDataFromDb(params);
    callback.call(null,result)
  };
   
  //执行IO任务
  optDatabase(event.params,function(result){
    //返回结果存入事件对象中
    event.result = result;
 
    //IO完成后,将不再是耗时任务
    event.isIOTask = false;
     
    //将该事件重新添加到队列的尾部
    this.eventQueue.unshift(event);
     
    //释放当前线程
    releaseThread(curThread)
  })
}

任务完成以后就执行回调,把请求结果存入事件中,并将该事件重新放入队列中,等待循环,最后释放线程。当主线程再次循环到该事件时,就直接处理了。

 4、Node.js软肋

以上四步简单描述了Node.js事件驱动模型,至此,我们对Node.js应该有了一个简单而又清晰的认识,但Node.js 并不是什么都能做。

上面提到,如果是I/O任务,Nodejs就把任务交给线程池来异步处理,高效简单,因此Node.js适合处理I/O密集型任务,但不是所有的任务都是I/O密集型任务,当碰到CPU密集型任务时,就是只用CPU计算的操作,比如要对数据加解密(node.bcrypt.js),数据压缩和解压(node-tar),这时Node.js就会亲自处理,一个一个的计算,前面的任务没有执行完,后面的任务只能干等着,如下图所示:

深入浅析Node.js单线程模型

在事件队列中,如果前面的CPU计算任务没有完成,那么后面的任务就会被阻塞,出现响应缓慢的情况,如果操作系统本身就是单核,那也就算了,但现在大部分服务器都是多CPU或多核的,而Node.js只有一个EventLoop,也只占用一个CPU/内核,当Node.js被CPU密集型任务占用,导致其他任务被阻塞时,却还有CPU/内核处理闲置状态,造成资源浪费。因此Node.js不适合CPU密集型任务。

 

5、Node.js适用场景

5.1、RESTful API

这是适合 Node 的理想情况,因为您可以构建它来处理数万条连接。它仍然不需要大量逻辑;它本质上只是从某个数据库中查找一些值并将它们组成一个响应。由于响应是少量文本,入站请求也是少量的文本,因此流量不高,一台机器甚至也可以处理最繁忙的公司的 API 需求。

5.2、实时程序

比如聊天服务,聊天应用程序是最能体现 Node.js 优点的例子:轻量级、高流量并且能良好的应对跨平台设备上运行密集型数据(虽然计算能力低)。同时,聊天也是一个非常值得学习的用例,因为它很简单,并且涵盖了目前为止一个典型的 Node.js 会用到的大部分解决方案。

以上所述是小编给大家介绍的Node.js单线程模型,希望对大家有所帮助,如果大家有任何疑问请给我留言,小编会及时回复大家的。在此也非常感谢大家对三水点靠木网站的支持!

Javascript 相关文章推荐
jQuery maxlength文本字数限制插件
Apr 16 Javascript
JQuery FlexiGrid的asp.net完美解决方案 dotNetFlexGrid-.Net原生的异步表格控件
Sep 12 Javascript
浅析Prototype的模板类 Template
Dec 07 Javascript
小议JavaScript中Generator和Iterator的使用
Jul 29 Javascript
JavaScript的模块化开发框架Sea.js上手指南
May 12 Javascript
jQuery实现可拖拽的许愿墙效果【附demo源码下载】
Sep 14 Javascript
vue router demo详解
Oct 13 Javascript
AngularJS实现的根据数量与单价计算总价功能示例
Dec 26 Javascript
单页面vue引入百度统计的使用方法示例详解
Oct 13 Javascript
vue项目中常见问题及解决方案(推荐)
Oct 21 Javascript
原生js实现拖拽移动与缩放效果
Aug 24 Javascript
react实现复选框全选和反选组件效果
Aug 25 Javascript
require.js中的define函数详解
Jul 10 #Javascript
vue.js组件之间传递数据的方法
Jul 10 #Javascript
Node.js+Express+MySql实现用户登录注册功能
Jul 10 #Javascript
基于jQuery Easyui实现登陆框界面
Jul 10 #jQuery
Angular X中使用ngrx的方法详解(附源码)
Jul 10 #Javascript
angular实现spa单页面应用实例
Jul 10 #Javascript
JavaScript 程序错误Cannot use 'in' operator to search的解决方法
Jul 10 #Javascript
You might like
国内咖啡文化
2021/03/03 咖啡文化
php.ini 中文版
2006/10/28 PHP
如何使用php判断所处服务器操作系统的类型
2013/06/20 PHP
PHP常见数组排序方法小结
2018/08/20 PHP
Laravel框架之解决前端显示图片问题
2019/10/24 PHP
js停止输出代码
2008/07/20 Javascript
Google排名中的10个最著名的 JavaScript库
2010/04/27 Javascript
javascript中的关于类型转换的性能优化
2010/12/14 Javascript
早该知道的7个JavaScript技巧
2013/03/27 Javascript
jQuery插件zTree实现删除树节点的方法示例
2017/03/08 Javascript
jQuery Pagination分页插件_动力节点Java学院整理
2017/07/17 jQuery
基于JSON数据格式详解
2017/08/31 Javascript
javascript计算对象长度的方法
2017/10/25 Javascript
jQuery实现图片简单轮播功能示例
2018/08/13 jQuery
nodejs 使用 js 模块的方法实例详解
2018/12/04 NodeJs
一个小示例告诉你Python语言的优雅之处
2014/07/04 Python
python自定义解析简单xml格式文件的方法
2015/05/11 Python
解决pandas 作图无法显示中文的问题
2018/05/24 Python
Python安装selenium包详细过程
2019/07/23 Python
浅谈tensorflow 中tf.concat()的使用
2020/02/07 Python
高清屏中使用Canvas绘图出现模糊的问题及解决方法
2019/06/03 HTML / CSS
uniapp+Html5端实现PC端适配
2020/07/15 HTML / CSS
草莓网化妆品加拿大网站:Strawberrynet Canada
2016/09/20 全球购物
设计师家具购买和委托在线市场:Viyet
2016/11/16 全球购物
Alba Moda瑞士网上商店:独家意大利时尚女装销售
2016/11/28 全球购物
如何进行Linux分区优化
2013/02/12 面试题
给海归自荐信的建议
2013/12/13 职场文书
学徒工职责
2014/03/06 职场文书
服装设计专业毕业生求职信
2014/04/09 职场文书
诚实守信演讲稿
2014/09/01 职场文书
财务总监岗位职责
2015/02/03 职场文书
2016廉洁从政心得体会
2016/01/19 职场文书
Spring Boot 启动、停止、重启、状态脚本
2021/06/26 Java/Android
python机器学习创建基于规则聊天机器人过程示例详解
2021/11/02 Python
Go语言基础map用法及示例详解
2021/11/17 Golang
python 实现图片特效处理
2022/04/03 Python