如果我們平常有瀏覽有關(guān)Node.js的文章，估計(jì)我們都會聽到最多關(guān)于Node.js是異步非阻塞I/O,單線程，事件機(jī)制。本章節(jié)主要去深入探討這幾種特性(PS:本文是對所學(xué)知識的學(xué)習(xí)和總結(jié)，可能存在理解錯(cuò)誤。請帶著懷疑的眼光，同時(shí)如果有錯(cuò)誤希望能指出。)

章節(jié)二.png

一、Node.js的異步I/O，非阻塞I/O

首先我們先來理解幾個(gè)概念：阻塞IO(blocking I/O)和非阻塞IO(non-blocking I/O)、同步IO(synchronous I/O)和異步IO(synchronous I/O)。

問題:這里肯定有人想問，異步I/O和非阻塞I/O不是一回事嗎？？

答案:異步I/O和非阻塞I/O根本不是同一回事，曾經(jīng)筆者一直天真的以為非阻塞I/O就是異步I/O T_T(直到看見樸靈大神的深入淺出Node.js)。

1.現(xiàn)在我們來了解什么是異步I/O，什么是同步I/O？

這里轉(zhuǎn)自有趣的知乎er
老張愛喝茶，廢話不說，煮開水。出場人物：老張，水壺兩把（普通水壺，簡稱水壺；會響的水壺，簡稱響水壺）。
1：老張把水壺放到火上，立等水開。（同步阻塞）老張覺得自己有點(diǎn)傻
2： 老張把水壺放到火上，去客廳看電視，時(shí)不時(shí)去廚房看看水開沒有。（同步非阻塞）老張還是覺得自己有點(diǎn)傻，于是變高端了，買了把會響笛的那種水壺。水開之后，能大聲發(fā)出嘀~~~~的噪音。
3：老張把響水壺放到火上，立等水開。（異步阻塞）老張覺得這樣傻等意義不大
4： 老張把響水壺放到火上，去客廳看電視，水壺響之前不再去看它了，響了再去拿壺。（異步非阻塞）老張覺得自己聰明了。
所謂同步異步，只是對于水壺而言。普通水壺，同步；響水壺，異步。雖然都能干活，但響水壺可以在自己完工之后，提示老張水開了。這是普通水壺所不能及的。同步只能讓調(diào)用者去輪詢自己（情況2中），造成老張效率的低下。
所謂阻塞非阻塞，僅僅對于老張而言。立等的老張，阻塞；看電視的老張，非阻塞。情況1和情況3中老張就是阻塞的，媳婦喊他都不知道。雖然3中響水壺是異步的，可對于立等的老張沒有太大的意義。所以一般異步是配合非阻塞使用的，這樣才能發(fā)揮異步的效用。
作者：愚抄
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來源：知乎
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二、單線程

在專題一的介紹，我們指導(dǎo)Node.js的runtime是V8，而V8設(shè)計(jì)是為了讓Chrome瀏覽器對Javascript語言進(jìn)行編譯和解析的，另外有過JS經(jīng)驗(yàn)的工程師都知道，JS的最大特點(diǎn)是單線程，而Node.js對V8的延用也是針對這一非常重要的特點(diǎn)。那么什么是單線程,單線程指的是，一個(gè)進(jìn)程只能擁有一個(gè)線程，程序按順序執(zhí)行，只有等到前面的程序執(zhí)行完畢，才能執(zhí)行下一個(gè)!來看看Node對Http服務(wù)的模型，

node_http_model.png

實(shí)驗(yàn).png

先將index.js的代碼改成這樣，然后打開瀏覽器，你會發(fā)現(xiàn)瀏覽器在10秒之后才做出反應(yīng)，打出Hello Node.js

堆棧圖.png

JavaScript是解析性語言，代碼按照編碼順序一行一行被壓進(jìn)stack里面執(zhí)行，執(zhí)行完成后移除然后繼續(xù)壓下一行代碼塊進(jìn)去執(zhí)行。上面代碼塊的堆棧圖，當(dāng)主線程接受了request后，程序被壓進(jìn)同步執(zhí)行的sleep執(zhí)行塊（我們假設(shè)這里就是程序的業(yè)務(wù)處理），如果在這10s內(nèi)有第二個(gè)request進(jìn)來就會被壓進(jìn)stack里面等待10s執(zhí)行完成后再進(jìn)一步處理下一個(gè)請求，后面的請求都會被掛起等待前面的同步執(zhí)行完成后再執(zhí)行，所以這也說明Node.js單線程的執(zhí)行模型，因?yàn)檫@樣的特性，我們的頁面不能有耗時(shí)很長的同步處理程序阻塞了程序的后續(xù)執(zhí)行，而對于耗時(shí)過長的程序應(yīng)該采用異步執(zhí)行，這里也就是Node.js的第二個(gè)特性，異步。

三、異步

我們平時(shí)說的Node.js是異步的，那么具體是指那部分異步,而答案是主線程的異步處理函數(shù)隊(duì)列+多線程異步I/O

1.主線程的異步處理函數(shù)隊(duì)列

上面那句話看上去是不是有點(diǎn)抽象難懂，現(xiàn)在來進(jìn)行解釋，所謂主線程異步處理函數(shù)隊(duì)列是指主線程的主要執(zhí)行空間除了stack(執(zhí)行棧)和head(產(chǎn)生堆)外，還會callback queue(回調(diào)函數(shù)隊(duì)列),而callback queue是存放了異步處理的回調(diào)函數(shù)，當(dāng)一個(gè)異步I/O處理完，就會向callback queue存放一個(gè)回調(diào)函數(shù)，當(dāng)stack里面的程序執(zhí)行完，主線程就會從callback queue取出已經(jīng)存放好的回調(diào)函數(shù)去執(zhí)行，而我們平時(shí)最常見的異步，除了事件外，還有timer，例如setTimeout，不如我們舉一個(gè)栗子~

let sleep = (time)=>{
    let exit = Date.now+time*1000;
    while(Date.now()<exit){};
    console.log('end sleep')
    return
}

let main = ()=>{
    setTimeout(()=>{
         console.log('setTimeout run');
    },0)
    sleep(5);
    console.log('after sleep');
}

main()

執(zhí)行輸出：
end sleep
after sleep
undefined(由于每個(gè)函數(shù)執(zhí)行完都會自行return，如果沒指定，就會輸出undefined，這個(gè)是main執(zhí)行完return出來的)
setTimeout run

下面是代碼塊的主線程堆棧執(zhí)行：

異步.png

2.多線程異步I/O

這里可能有人會有疑問，買賣皮喔！你不是說Node.js是單線程嗎，你這不是自己打臉嗎?我想說，這里其實(shí)是沒有沖突的，Node.js每個(gè)進(jìn)程里面只有一個(gè)主線程來處理程序。因此，主線程是單線程，而主線程之外調(diào)用的I/O處理是通過一個(gè)叫做線程池的結(jié)構(gòu)來管理的，所以I/O的處理是多線程的，而主線程和I/O線程池則通過上面剛剛講述的主線程的異步處理函數(shù)隊(duì)列來協(xié)作。(PSNode.js只對文件系統(tǒng)以及DNS實(shí)現(xiàn)了多線程I/O封裝，網(wǎng)絡(luò)I/O還是采用單線程形式)如圖:

多線程.png

上圖在主線程中，當(dāng)遇到需要處理的I/O時(shí)，就將I/O的處理放在I/O線程池中管理，而主線程繼續(xù)執(zhí)行，當(dāng)I/O線程池中有I/O完成了，就會想callback queue注冊回調(diào)函數(shù)等待主線程執(zhí)行，而Node.js的高性能也是得益于其將阻塞的I/O異步化，使得不影響主邏輯的執(zhí)行。

四、事件驅(qū)動

文章至此，我們先進(jìn)行總結(jié)，Node.js至此我們簡介了兩個(gè)主要特性，單線程，異步,每個(gè)Node程序只會在主線程中執(zhí)行程序代碼，在執(zhí)行過程中將阻塞的I/O操作異步化，將放至I/O線程池中進(jìn)行管理，當(dāng)線程池中有I/O操作完成，就會向callback queue注冊回調(diào)函數(shù)，等待同步邏輯執(zhí)行完成后再通過callback queue里面取出回調(diào)函數(shù)壓進(jìn)stack里面執(zhí)行，好了，而事件驅(qū)動的作用就是取出回調(diào)函數(shù)。事件驅(qū)動又叫事件循環(huán)，是指主線程從主線程的異步處理函數(shù)隊(duì)列里面不停循環(huán)的讀取事件，驅(qū)動了所有的異步回調(diào)函數(shù)的執(zhí)行。詳情Node事件輪詢

事件機(jī)制.png

至此整個(gè)Node.js的異步化邏輯可以不斷循環(huán)的跑起來了，以上則是我們?nèi)粘Ｋ缘腘ode.js的三大特性以及其原理。

參考資料:
Node事件輪詢
JS運(yùn)行機(jī)制
Node.js特性分析
非阻塞I/O和異步I/O的區(qū)別