Node.js的核心概念——单线程，非阻塞，事件驱动

[jawil]

一些文章

1、这就是所谓的Node.js------单线程，非阻塞，事件驱动
2、Node.js 探秘：初识单线程的 Node.js
3、进程和线程
4、同步、异步、阻塞及非阻塞
5、进程 线程 协程 管程 纤程 概念对比理解
6、I/O模型 阻塞 非阻塞 同步 异步概念对比区分

一些概念

1、什么是Node.js?

Node.js® is a JavaScript runtime built on Chrome's V8 JavaScript engine. Node.js uses an event-driven, non-blocking I/O model that makes it lightweight and efficient. Node.js' package ecosystem, npm, is the largest ecosystem of open source libraries in the world.

我们可以注意到：Node.js是一个平台，它构建在Chrome的JavaScript引擎（也就是大名鼎鼎的V8引擎）之上，它能快速构建有拓展性的网络应用程序。这里官方用的“网络应用程序”，整个描述没有提到“web"，"sever"等等概念。

举个栗子，类比来说，概念上，Node.js相当于.net,JVM或者PythonVM。它是一个运行平台，只不过它运行的是JavaScript语言而已。类似的，.net一般运行C#，VB等编译的IL，JVM一般运行Java编译成的字节码，而PythonVM解释运行Python代码，RubyVM解释运行Ruby代码。严格来说Node.js更像PythonVM，RubyVM，因为他们都是解释运行的动态语言。

回到刚才的话中：，有几个是重点：

1. node.js是一个构建在Chrome JavaScript运行环境的平台，这是很重要的一点，node.js并不是一门语言，而是一个平台。
2. node.js致力于构建速度快、稳定的网络程序更简单。
3. node.js具有事件驱动和非阻塞I/O的特色，使之轻量级并且高效率。
4. node.js非常适合在分布式设备运行数据密集型实时应用程序。

如果你能掌握住这几点，我觉得算是掌握了Node.js的真谛了。

Node.js核心主要是两部分组成的：

1. V8引擎，它负责把JavaScript代码解释成本地的二进制代码运行。
2. libuv，类似Windows上的窗口消息机制，它主要负责订阅和处理系统的各种内核消息。而且它也实现了消息循环（是不是很耳熟？没错，这个几乎就和Windows的窗口消息循环是一个概念。）它的前身是linux上的libev，专门封装linux上的内核消息机制。后来Node.js重写了它，并在Windows上使用iocp技术重新实现了一遍。所以Node.js现在能跨平台运行在Windows上了。

可以说，Node.js其实就是libuv的一个应用而已。简单的说Node.js只是把JavaScript解释成C++的回调，并挂在libuv消息循环上，等待处理。这样就实现了非阻塞的异步处理机制。

那么为什么是JavaScript而不是其他语言呢？很简单，因为JavaScript的闭包。这非常适合做回调函数。因为我们一般都希望当回调发生时，闭包能记住它原来所在的执行上下文。这就是闭包最好的应用场景。

2、Why Node.js?

Node.js出现确实能为我们解决现实当中系统瓶颈提供了新的思路和方案，下面我们看看它能解决什么问题？

并发连接

举个栗子，想象一个场景，我们在银行排队办理业务，我们看看下面两个模型。

（1）系统线程模型：
这种模型的问题显而易见，服务端只有一个线程，并发请求（用户）到达只能处理一个，其余的要先等待，这就是阻塞，正在享受的请求阻塞后面的请求了。

（2） 多线程、线程池模型：
这个模型已经比上一个有所进步，它调节服务端的数量来提高对并发请求的接收和响应，但并发量高的时候，请求仍然需要等待，他有个更严重的问题。到代码层面上来讲，我们看看客户端请求与服务通讯的过程：服务端与客户端每建立一个连接，都要为这个连接分配一套配套的资源，主要体现为系统内存资源，以PHP为例，维护一个连接可能需要20M的内存。这就是为什么一般并发量一大，就需要多开服务器。那么Node.js是怎么解决这个问题呢？我们来看看另外一个模型，想象一下我们在快餐店吃饭的场景。

（3）异步、事件驱动模型
我们同样是发起请求，等待服务器端响应；但是与银行例子不同的是，这次我们点完餐后拿到了一个号码，拿到号码，我们往往会在位置上等待，而在我们后面的请求会继续得到处理，同样是拿了一个号码然后到一旁等待，接待员能一直进行处理。等待饭菜做好了，会喊号码，我们拿到了自己的饭菜，会进行后续的处理（吃饭）。这个喊号码的动作在Node.js中叫做回调（CallBack），能在事件（烧菜，I/O）处理完成后继续执行后面的逻辑（吃饭），这体现了Node.js显著特点，异步机制、事件驱动整个过程没有阻塞新用户的连接（点餐），也不需要维护已经点餐的用户与厨师的连接。基于这样的机制，理论上陆续有用户请求连接，Node.js都能够进行响应，因此Node.js能支持比Java，PHP程序更高的的并发量虽然维护事件队列也需要成本，再由于Node.js是单线程，事件队列越长，得到响应的时间就越长，并发量上去还是会力不从心。

总结一下Node.js是怎么解决这个问题的：

更改到连接服务器的方式，每个连接发射（emit）一个在Node.js引擎进程中运行的事件（Event)，放进事件队列当中，而不是为每个连接生成一个新的OS线程（并未其分配一些配套内存）。

I/O阻塞

Node.js解决的另外一个问题是I/O阻塞，看看这样的业务场景：需要从多个数据源拉取数据，然后进行处理。

①串行获取数据，这是我们一般的解决方案，一PHP为例的I/O阻塞-PHP为例，假如获取profile和timeline操作各需要1s，那么串行获取就需要2s。
②Node.js非阻塞I/O事件会创建一个线程去执行，然后主线程会继续往下执行，因此，拿profile的动作触发一个I/O事件，马上就会去执行拿timeline的动作，两个动作并行执行，加入各需要1s，那么总的时间就是1s。它们的I/O操作执行完成后，会发射一个事件，profile和timeline，事件代理接收后继续往下执行后面的逻辑，这就是Node.js非阻塞I/O的特点。

总结一下:Java、PHP也有办法实行并行请求（子线程），但Node.js通过回调函数（CallBack）和异步机制会做的很自然。

3、Node.js优缺点

优点：

1. 高并发（最重要的优点）
2. 适合I/O密集型应用（静态资源服务器、blog、聊天室）

缺点：

1. 不适合CPU密集型应用（模板渲染、压缩/解压缩、加/解密）；
   CPU密集型应用给Node带来的挑战主要是：由于JavaScript单线程的原因，如果有长时间运行的计算（比如大循坏），将会导致CPU时间片不能释放，使得后续I/O无法发起；解决方案：分解大型运算任务为多个小任务，使得运算能够适时释放，不阻塞I/O调用发起；
2. 只支持单核CPU，不能充分利用CPU
3. 可靠性低，一旦代码某个环节崩溃，整个系统都崩溃，其中2和3的原因：单进程，单线程解决方案：
   i. Ngnix反向代理，负载均衡，开多个进程，绑定多个端口；
   ii. 开多个进程监听同一个端口，使用cluster模块；
4. 开源组件质量参差不齐，更新快，向下不兼容。
5. Debug不方便，错误没有stack trace。

[yilikun]

那么为什么是JavaScript而不是其他语言呢？很简单，因为JavaScript的闭包。
你好，这句话我有些疑问，其他语言也有闭包啊，比如python，为什么只是因为js的闭包呢？希望得到解答～

[unadlib]

这句话不够准确，应该是因为 node.js中的libuv实现了 基于事件驱动的 事件循环，因此因为单线程，而有非阻塞的feature，事件轮询 中 每个回调函数 正是因为js的闭包才完整包含的函数执行上下文。而不是因为js语言 feature。因果关系不够准确而已。