nodejs 异步I/O和事宜驱动

注：本文是对浩瀚博客的进修和总结，能够存在明白毛病。请带着疑心的眼力，同时假如有毛病希望能指出。

打仗nodejs有两个月，对nodejs的两大特征一向有点隐约，即异步IO和事宜驱动。经由历程对《深入浅出nodejs》和几篇博客的浏览今后，有了大抵的相识，总结一下。

几个例子

在最先之前，先来看几个简朴例子，这也是我在运用nodejs时刻碰到的几个比较疑心的例子。

example 1

var fs = require("fs");
var debug = require('debug')('example1');

debug("begin");

setTimeout(function(){
    debug("timeout1");
});

setTimeout(function(){
    debug("timeout2");
});

debug('end');
/** 运转效果
Sat, 21 May 2016 08:41:09 GMT example1 begin
Sat, 21 May 2016 08:41:09 GMT example1 end
Sat, 21 May 2016 08:41:09 GMT example1 timeout1
Sat, 21 May 2016 08:41:09 GMT example1 timeout2
*/

question 1

为什么timeout1和timeout2的效果会在end背面？

example 2

var fs = require("fs");
var debug = require('debug')('example2');

debug("begin");

setTimeout(function(){
    debug("timeout1");
});

setTimeout(function(){
    debug("timeout2");
});

debug('end');

while(true);
/**  运转效果
Sat, 21 May 2016 08:45:47 GMT example2 begin
Sat, 21 May 2016 08:45:47 GMT example2 end
*/

question 2

为什么timeout1和timeout2没有输出到终端？while(true)究竟壅塞了什么？

example 3

var fs = require("fs");
var debug = require('debug')('example3');

debug("begin");

setTimeout(function(){
    debug("timeout1");
    while (true);
});

setTimeout(function(){
    debug("timeout2");
});

debug('end');
/**  运转效果
Sat, 21 May 2016 08:49:12 GMT example3 begin
Sat, 21 May 2016 08:49:12 GMT example3 end
Sat, 21 May 2016 08:49:12 GMT example3 timeout1
*/

question 3

为什么timeout1中回调函数会壅塞timeout2中的回调函数的实行？

example 4

var fs = require("fs");
var debug = require('debug')('example4');

debug("begin");

setTimeout(function(){
    debug("timeout1");
    /**
     * 模拟盘算麋集
     */
    for(var i = 0 ; i < 1000000 ; ++i){
        for(var j = 0 ; j < 100000 ; ++j);
    }
});

setTimeout(function(){
    debug("timeout2");
});

debug('end');
/**
Sat, 21 May 2016 08:53:27 GMT example4 begin
Sat, 21 May 2016 08:53:27 GMT example4 end
Sat, 21 May 2016 08:53:27 GMT example4 timeout1
Sat, 21 May 2016 08:54:09 GMT example4 timeout2  //注重这里的时候晚了良久
*/

question 4

和上面的题目一样，为什么timeout1的盘算麋集型事情将会壅塞timeout2的回调函数的实行？

example 5

var fs = require("fs");
var debug = require('debug')('example5');

debug("begin");

fs.readFile('package.json','utf-8',function(err,data){
    if(err)  
        debug(err);
    else
        debug("get file content");
});

setTimeout(function(){
    debug("timeout2");
});

debug('end');
/** 运转效果
Sat, 21 May 2016 08:59:14 GMT example5 begin
Sat, 21 May 2016 08:59:14 GMT example5 end
Sat, 21 May 2016 08:59:14 GMT example5 timeout2
Sat, 21 May 2016 08:59:14 GMT example5 get file content
*/

question 5

为什么读取文件的IO操纵不会壅塞timeout2的实行？

接下来我们就带着上面几个迷惑去明白nodejs中的异步IO和事宜驱动是怎样事情的。

异步IO(asynchronous I/O)

首先来明白几个轻易殽杂的观点，壅塞IO(blocking I/O)和非壅塞IO(non-blocking I/O)，同步IO(synchronous I/O)和异步IO(synchronous I/O)。

博主一向无邪的认为非壅塞I/O就是异步I/O T_T，apue一向没有读懂。

壅塞I/O 和 非壅塞I/O

简朴来讲，壅塞I/O就是当用户发一个读取文件描述符的操纵的时刻，历程就会被壅塞，直到要读取的数据悉数预备好返回给用户，这时刻历程才会消除block的状况。

那非壅塞I/O呢，就与上面的状况相反，用户提议一个读取文件描述符操纵的时，函数立时返回，不作任何守候，历程继承实行。然则递次怎样晓得要读取的数据已预备好了呢？最简朴的要领就是轮询。

除此之外，另有一种叫做IO多路复用的形式，就是用一个壅塞函数同时监听多个文件描述符，当其中有一个文件描述符预备好了，就立时返回，在linux下，select,poll,epoll都供应了IO多路复用的功用。

同步I/O 和 异步I/O

那末同步I/O和异步I/O又有什么区分么？是否是只需做到非壅塞IO就能够完成异步I/O呢？

实在不然。

• 同步I/O(synchronous I/O)做I/O operation的时刻会将process壅塞,所以壅塞I/O，非壅塞I/O，IO多路复用I/O都是同步I/O。

• 异步I/O(asynchronous I/O)做I/O opertaion的时刻将不会形成任何的壅塞。

非壅塞I/O都不壅塞了为什么不是异步I/O呢？实在当非壅塞I/O预备好数据今后照样要壅塞住历程去内核拿数据的。所以算不上异步I/O。

这里借一张图(图来自这里)来讲明他们之间的区分

][1]

更多IO更多的细致内容能够在这里找到:

• Linux IO形式及 select、poll、epoll详解

• select / poll / epoll: practical difference for system architects

事宜驱动

事宜驱动(event-driven)是nodejs中的第二大特征。作甚事宜驱动呢？简朴来讲，就是经由历程监听事宜的状况变化来做出响应的操纵。比方读取一个文件，文件读取终了，或许文件读取毛病，那末就触发对应的状况，然后挪用对应的回掉函数来举行处置惩罚。

线程驱动和事宜驱动

那末线程驱动编程和事宜驱动编程之间的区分是什么呢？

• 线程驱动就是当收到一个要求的时刻，将会为该要求开一个新的线程来处置惩罚要求。平常存在一个线程池，线程池中有余暇的线程，会从线程池中拿取线程来举行处置惩罚，假如线程池中没有余暇的线程，新来的要求将会进入行列列队，直到线程池中余暇线程。

• 事宜驱动就是当进来一个新的要求的时，要求将会被压入行列中，然后经由历程一个轮回来检测行列中的事宜状况变化，假如检测到有状况变化的事宜，那末就实行该事宜对应的处置惩罚代码，平常都是回调函数。

关于事宜驱动编程来讲，假如某个时候的回调函数是盘算麋集型，或许是壅塞I/O,那末这个回调函数将会壅塞背面一切事宜回调函数的实行。这一点尤为重要。

nodejs的事宜驱动和异步I/O

事宜驱动模子

上面引见了那末多的观点，如今我们来看看nodejs中的事宜驱动和异步I/O是怎样完成的.

nodejs是单线程(single thread)运转的，经由历程一个事宜轮回(event-loop)来轮回掏出音讯行列(event-queue)中的音讯举行处置惩罚,处置惩罚历程基本上就是去挪用该音讯对应的回调函数。音讯行列就是当一个事宜状况发生变化时，就将一个音讯压入行列中。

nodejs的时候驱动模子平常要注重下面几个点：

• 由于是单线程的，所以当递次实行js文件中的代码的时刻，事宜轮回是被停息的。

• 当js文件实行完今后，事宜轮回最先运转，并从音讯行列中掏出音讯，最先实行回调函数

• 由于是单线程的，所以当回调函数被实行的时刻，事宜轮回是被停息的

• 当涉及到I/O操纵的时刻，nodejs会开一个自力的线程来举行异步I/O操纵，操纵完毕今后将音讯压入音讯行列。

下面我们从一个简朴的js文件入手，来看看 nodejs是怎样实行的。

var fs = require("fs");
var debug = require('debug')('example1');

debug("begin");

fs.readFile('package.json','utf-8',function(err,data){
    if(err)  
        debug(err);
    else
        debug("get file content");
});

setTimeout(function(){
    debug("timeout2");
});

debug('end'); // 运转到这里之前，事宜轮回是停息的

1. 同步实行debug("begin")

2. 异步挪用fs.readFile()，此时会开一个新的线程去举行异步I/O操纵

3. 异步挪用setTimeout()，立时将超时信息压入到音讯行列中

4. 同步挪用debug("end")

5. 开启事宜轮回，弹出音讯行列中的信息(现在是超时信息)

6. 然后实行信息对应的回调函数(事宜轮回又被停息)

7. 回调函数实行完毕后，最先事宜轮回(现在音讯行列中没有任何东西，文件还没读完)

8. 异步I/O读取文件终了，将音讯压入音讯行列(音讯中含有文件内容或许是失足信息)

9. 事宜轮回获得音讯，实行回调

10. 递次退出。

这里借一张图来讲明nodejs的事宜驱动模子（图来自这里）
][2]

这里末了要说的一点就是怎样手动将一个函数推入行列,nodejs为我们供应了几个比较轻易的要领:

• setTimeout()

• process.nextTick()

• setImmediate()

异步I/O

nodejs中的异步I/O的操纵是经由历程libuv这个库来完成的，包含了window和linux下面的异步I/O完成，博主也没有研讨过这个库，感兴趣的读者能够移步到这里

题目答案

好，到现在为止，已能够回复上面的题目了

question 1

为什么timeout1和timeout2的效果会在end背面？

answer 1

由于此时timeout1和timeout2只是被异步函数推入到了行列中，事宜轮回照样停息状况

question 2

为什么timeout1和timeout2没有输出到终端？while(true)究竟壅塞了什么？

answer 2

由于此处直接壅塞了事宜轮回，还没最先，就已被壅塞了

question 3,4

1. 为什么timeout1中回调函数会壅塞timeout2中的回调函数的实行？

2. 为什么timeout1的盘算麋集型事情将会壅塞timeout2的回调函数的实行？

answer 3,4

由于该回调函数实行返回事宜轮回才会继承实行，回调函数将会壅塞事宜轮回的运转

question 5

为什么读取文件的IO操纵不会壅塞timeout2的实行？

answer 5

由于IO操纵是异步的，会开启一个新的线程，不会壅塞到事宜轮回

参考文献：

• What exactly is a Node.js event loop tick?

• What is the difference between a thread-based server and an event-based server?

• Some confusion about nodejs threads

• The JavaScript Event Loop: Explained

• poll vs select vs event-based

• Linux IO形式及 select、poll、epoll详解