關於node.js的誤會

昨天寫了篇博客，介紹了一下我對node.js的第一次親密接觸後的感覺，覺得node.js很小衆，出乎我意料不少人感興趣，而且對博客中的細節問題作了評論，最多的是圍繞node.js的異步與單線程展開的，固然還有不少關於node.js到底是不是語言？不是的話又是什麼。。。之類的問題，其實剛接觸node.js，瞭解的並非很深刻，越是回覆你們問題，內心越是沒底，決定認真研究一下，經人指點看了一下《Node.js開發指南》發現大部分問題都有了答案，權當一個讀書筆記把問題答案分享出來，但願能夠幫到一些和我同樣才接觸node.js的小菜

 關於單線程一個由來已久的誤會

在上篇博客中提到咱們使用node.js寫的JavaScript代碼是單線程運行的，讓不少同窗很疑惑，單線程怎麼實現異步操做，單線程誰去響應事件。。。在html5 Web Workers中我也有提到過客戶端的JavaScript也是單線程運行的，你們明顯沒有這麼大反應，仍是廣泛能接受的。可單線程的客戶端JavaScript也能響應DOM事件，還有你們都很熟悉的ajax操做，回調函數也是異步的，既然客戶端JavaScript是單線程執行的，回調函數是誰調用的呢？答案很簡單，JavaScript的宿主環境——瀏覽器，也就是說雖然JavaScript是單線程執行的，但瀏覽器是多線程的，負責調度管理JavaScript代碼，讓它們在恰當的時機執行。

因此咱們所說的node.js單線程，是指node.js並無給咱們建立一個線程的能力，全部咱們本身寫的代碼都是單線程執行的，在同一時間內，只能執行咱們寫的一句代碼。但宿主環境node.js並非單線程的，它會維護一個執行隊列，循環檢測，調度JavaScript線程來執行。所以單線程執行和併發操做並不衝突。

阻塞與線程

什麼叫阻塞（block）？線程在執行中若是遇到I/O操做（磁盤讀寫、網絡通訊等）一般須要耗費較長的時間，這時候操做系統會剝奪線程對CPU的控制權，使其暫停，並把資源讓給其它的工做線程，這種線程調度方式成爲阻塞。當I/O操做完畢的時候操做系統將這個線程的阻塞狀態解除，恢復其對CPU的控制權，令其繼續執行，這種I/O模式就是同步I/O或成爲阻塞I/O。

響應的異步I/O或非阻塞I/O則針對全部的I/O操做採起不阻塞的策略，當線程遇到I/O操做時不會以阻塞的方式等待I/O操做結束，而只是將I/O請求發送給操做系統，繼續執行後續語句。當操做系統完成I/O操做時以事件的形式通知執行I/O操做的線程，線程會在特定時間處理這個事件。爲了處理異步I/O必須有事件循環，不斷檢查有沒有未處理的事件，依次予以處理。

在阻塞模式下，一個線程只能處理一個任務，要想提升吞吐量必須經過多線程。而在非阻塞模式下一個線程永遠在執行計算操做，這個線程所使用的CPU核心利用率永遠是100%，I/O以事件的方式通知。在阻塞模式下多線程每每可以提升系統吞吐量，由於一個線程阻塞時還有其餘線程在工做，多線程何以讓CPU資源不被阻塞的線程浪費。而在非阻塞模式下，線程不會被I/O阻塞，永遠在利用CPU。異步I/O減小了多線程中建立線程、分配內存、列入調度、切換線程、內存換頁、CPU緩存等方面的開銷。

事件循環機制

上面提到了幾回事件循環機制，那麼這個聽起來貌似很高端的東東到底是什麼呢？所謂事件循環是指node.js會把全部的異步操做使用事件機制解決，有個線程在不斷地循環檢測事件隊列。node.js中全部的邏輯都是事件的回調函數，因此node.js始終在事件循環中，程序入口就是事件循環第一個事件的回調函數。事件的回調函數中可能會發出I/O請求或直接發射（ emit）事件，執行完畢後返回事件循環。事件循環會檢查事件隊列中有沒有未處理的事件，直到程序結束。node.js的事件循環對開發者不可見，由libev庫實現，libev不斷檢查是否有活動的、可供檢測的事件監聽器，直到檢查不到時才退出事件循環，程序結束。

node.js是什麼？和JavaScript有什麼關係？

 關於node.js到底是什麼，你們的問題在於

1. node.js是否是一門語言？
2. node.js是否是一個JavaScript庫函數？
3. node.js是否是一個JavaScript框架？

 很遺憾，這三個問題的答案都是NO，看看官方對本身的描述

Node.js is a platform built on Chrome's JavaScript runtime for easily building fast, scalable network applications. Node.js uses an event-driven, non-blocking I/O model that makes it lightweight and efficient, perfect for data-intensive real-time applications that run across distributed devices.

官方很明確地說node.js是一個platform，也就是一個作xxx的平臺。node.js是一個能夠在服務器端運行JavaScript的平臺，其實這句話華也不許確，按照《JavaScript權威指南》《JavaScript高級程序設計》等書中的定義，JavaScript是由兩部分組成

1. core JavaScript
2. client JavaScript（DOM、BOM）

而只有core JavaScript能夠在node.js上運行，因此node.js借用了JavaScript的語法，但並不能用來處理瀏覽器對象（BOM）及文檔對象（DOM），因此node.js並非設計爲在服務器端運行解析html文檔的（固然有module能夠作此事），因此「在服務器端運行的JavaScript」在必定程度上誤導了初學者。

同時node.js並不只僅運行core JavaScript，node.js中還有文件系統、模塊包、操做系統API、網絡通訊、二進制類型處理等core JavaScript不具有的功能。

node.js是在執行JavaScript語句嗎

從字面意思上是的，由於咱們在使用node.js開發的時候寫的確實是JavaScript語句，並且node.js利用Google的V8 Javascript 引擎來解析JavaScript語句，但系統真正調用執行的代碼是用C++寫的，咱們作的只是用JavaScript語句來調用這些底層API，因此不用擔憂其執行效率太低問題

異步I/O與事件驅動

 絕不誇張的說node.js最大的特定就是採用異步I/O和事件驅動架構，對於高併發解決方案傳統架構師多線程模型，爲每一個業務邏輯童工一個線程，經過系統線程切換來來彌補同步I/O調用的時間開銷。node.js使用的是單線程模型，對全部I/O都採用異步式的請求方式，避免頻繁的上下文切換，在node.js執行的時候維護着一個事件隊列，程序在執行時進入事件循環等待下一個事件到來，每一個異步I/O請求完成後都會被推送到事件隊列中的等待執行。

對於一個簡單的數據庫訪問操做，傳統方式是這樣實現的

 res = db.query('SELECT * from some_table');
 res.output();

 

代碼執行到第一行的時候線程會阻塞，等待query返回結果，而後繼續處理。因爲數據庫查詢、磁盤讀寫、網絡通訊等緣由阻塞時間會很是大（相對於CPU始終頻率）。對於高併發的訪問，一方面線程長期阻塞等待，另外一方面爲了應付新情求而不斷添加新線程，會浪費大量系統資源，同時線程的增長也會也會佔用大量的CPU時間來處理內存上下文切換。看看node.js怎麼處理

db.query('SELECT * from some_table', function(res) { 
   res.output();
});

 

在代碼中熟悉Javascript的同窗一眼就能夠看明白query的第二個參數是一個回調函數，進程執行到db.query的時候不會等待結果返回，而是直接繼續執行下面的語句，直到進入事件循環。當數據庫執行結果返回的時候會將事件發送到事件隊列，等到線程進入事件循環後纔會調用以前的回調函數。

node.js的異步機制是基於事件的，全部的I/O、網絡通訊、數據庫查詢都以非阻塞的方式執行，返回結果由事件循環來處理。node.js在同一時刻只會處理一個事件，完成後當即進入事件循環檢查後面事件。這樣CPU和內存在同一時間集中處理一件事，同時儘可能讓耗時的I/O等操做並行執行。

node.js架構

node.js用異步式I/O和事件驅動代替多線程提高性能，除了使用高效的V8做爲JavaScript引擎外還使用了高效的libev和libeio庫支持事件驅動和異步I/O。

node.js做者在libeio和libev的基礎上抽象出了libuv層，對於POSIX(Portable Operating System Interface 是一套操做系統API規範，遵循的有Unix、Linux、Mac OS X等)操做系統libuv經過封裝libev和libio來利用epoll或kqueue。而在Windows下libuv使用了IOCP（Input/Output Completion Port,輸入輸出完􏰛端）機制 在不一樣平臺下實現高性能。

瞭解了這個就不要再覺得node.js是利用JavaScript來操做系統了

爲何要使用node.js

其實這個問題能夠歸結爲node.js有什麼特長，除了語法上讓熟悉JavaScript的人很舒服。相對於Javascript爲客戶端而生，node.js爲網絡而生，一切都以http爲主，其內建HTTP服務器支持，使用node.js能夠輕易地搭建一個網站和服務器組合，而不用想使用PHP還須要額外的Apache服務器，經過特有模塊或CGI調用才能將PHP腳本結果返回給用戶。

node.js還能夠部署到非網絡應用環境下，由於其能夠調用C/C++代碼，充分利用現有函數庫，在性能上有很大優越性。

在這些場景下使用node.js是很是合適的

• web socket服務器
• TCP/UDP套接字應用程序
• 複雜邏輯的web應用
• 命令行工具
• 客戶端Javascript編譯器

 參考及最後

博客中基本理論知識都來源於《Node.js開發指南》，甚至不少篇幅都是直接使用原話，沒有抄襲據爲己有的意思，只是做者說的太明白了，但願對初入node.js的朋友有幫助，固然若是感興趣能夠直接購買原書。

但願嘮嘮叨叨這麼多，可以對對以前博客持有疑問的博友有所幫助，最後在嘮叨一句，單線程執行是指咱們寫的JavaScript語句在同一時刻只能執行一句，而不是node.js是單線程，其實咱們的異步I/O及事件循環都是另外線程在作。

 固然對於一些CPU密集的操做在node.js裏面也有process.nextTick()這樣的解決方案或者直接使用C++處理，研究明白了和你們分享，也有人不滿意node.js的單線程寫了本身的module來讓node.js多線程，感興趣的同窗能夠看看node-threads-a-gogo

 因爲剛剛接觸node.js，文中謬誤頗多，但願多家多多批評指教