摘要:異步和事件驅動注本文是對眾多博客的學習和總結,可能存在理解錯誤。接觸有兩個月,對的兩大特性一直有點模糊,即異步和事件驅動。
nodejs 異步I/O和事件驅動
注:本文是對眾多博客的學習和總結,可能存在理解錯誤。請帶著懷疑的眼光,同時如果有錯誤希望能指出。
接觸nodejs有兩個月,對nodejs的兩大特性一直有點模糊,即異步IO和事件驅動。通過對《深入淺出nodejs》和幾篇博客的閱讀以后,有了大致的了解,總結一下。
幾個例子在開始之前,先來看幾個簡單例子,這也是我在使用nodejs時候遇到的幾個比較困惑的例子。
example 1var fs = require("fs"); var debug = require("debug")("example1"); debug("begin"); setTimeout(function(){ debug("timeout1"); }); setTimeout(function(){ debug("timeout2"); }); debug("end"); /** 運行結果 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
example 2為何timeout1和timeout2的結果會在end后面?
var fs = require("fs"); var debug = require("debug")("example2"); debug("begin"); setTimeout(function(){ debug("timeout1"); }); setTimeout(function(){ debug("timeout2"); }); debug("end"); while(true); /** 運行結果 Sat, 21 May 2016 08:45:47 GMT example2 begin Sat, 21 May 2016 08:45:47 GMT example2 end */
question 2
example 3為何timeout1和timeout2沒有輸出到終端?while(true)到底阻塞了什么?
var fs = require("fs"); var debug = require("debug")("example3"); debug("begin"); setTimeout(function(){ debug("timeout1"); while (true); }); setTimeout(function(){ debug("timeout2"); }); debug("end"); /** 運行結果 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
example 4為什么timeout1中回調函數會阻塞timeout2中的回調函數的執行?
var fs = require("fs"); var debug = require("debug")("example4"); debug("begin"); setTimeout(function(){ debug("timeout1"); /** * 模擬計算密集 */ 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 //注意這里的時間晚了好久 */
question 4
example 5和上面的問題一樣,為何timeout1的計算密集型工作將會阻塞timeout2的回調函數的執行?
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"); /** 運行結果 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
為何讀取文件的IO操作不會阻塞timeout2的執行?
接下來我們就帶著上面幾個疑惑去理解nodejs中的異步IO和事件驅動是如何工作的。
異步IO(asynchronous I/O)首先來理解幾個容易混淆的概念,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)。
博主一直天真的以為非阻塞I/O就是異步I/O T_T,apue一直沒有讀懂。
阻塞I/O 和 非阻塞I/O簡單來說,阻塞I/O就是當用戶發一個讀取文件描述符的操作的時候,進程就會被阻塞,直到要讀取的數據全部準備好返回給用戶,這時候進程才會解除block的狀態。
那非阻塞I/O呢,就與上面的情況相反,用戶發起一個讀取文件描述符操作的時,函數立即返回,不作任何等待,進程繼續執行。但是程序如何知道要讀取的數據已經準備好了呢?最簡單的方法就是輪詢。
除此之外,還有一種叫做IO多路復用的模式,就是用一個阻塞函數同時監聽多個文件描述符,當其中有一個文件描述符準備好了,就馬上返回,在linux下,select,poll,epoll都提供了IO多路復用的功能。
同步I/O 和 異步I/O那么同步I/O和異步I/O又有什么區別么?是不是只要做到非阻塞IO就可以實現異步I/O呢?
其實不然。
同步I/O(synchronous I/O)做I/O operation的時候會將process阻塞,所以阻塞I/O,非阻塞I/O,IO多路復用I/O都是同步I/O。
異步I/O(asynchronous I/O)做I/O opertaion的時候將不會造成任何的阻塞。
非阻塞I/O都不阻塞了為什么不是異步I/O呢?其實當非阻塞I/O準備好數據以后還是要阻塞住進程去內核拿數據的。所以算不上異步I/O。
這里借一張圖(圖來自這里)來說明他們之間的區別
][1]
更多IO更多的詳細內容可以在這里找到:
Linux IO模式及 select、poll、epoll詳解
select / poll / epoll: practical difference for system architects
事件驅動事件驅動(event-driven)是nodejs中的第二大特性。何為事件驅動呢?簡單來說,就是通過監聽事件的狀態變化來做出相應的操作。比如讀取一個文件,文件讀取完畢,或者文件讀取錯誤,那么就觸發對應的狀態,然后調用對應的回掉函數來進行處理。
線程驅動和事件驅動那么線程驅動編程和事件驅動編程之間的區別是什么呢?
線程驅動就是當收到一個請求的時候,將會為該請求開一個新的線程來處理請求。一般存在一個線程池,線程池中有空閑的線程,會從線程池中拿取線程來進行處理,如果線程池中沒有空閑的線程,新來的請求將會進入隊列排隊,直到線程池中空閑線程。
事件驅動就是當進來一個新的請求的時,請求將會被壓入隊列中,然后通過一個循環來檢測隊列中的事件狀態變化,如果檢測到有狀態變化的事件,那么就執行該事件對應的處理代碼,一般都是回調函數。
對于事件驅動編程來說,如果某個時間的回調函數是計算密集型,或者是阻塞I/O,那么這個回調函數將會阻塞后面所有事件回調函數的執行。這一點尤為重要。
nodejs的事件驅動和異步I/O 事件驅動模型上面介紹了那么多的概念,現在我們來看看nodejs中的事件驅動和異步I/O是如何實現的.
nodejs是單線程(single thread)運行的,通過一個事件循環(event-loop)來循環取出消息隊列(event-queue)中的消息進行處理,處理過程基本上就是去調用該消息對應的回調函數。消息隊列就是當一個事件狀態發生變化時,就將一個消息壓入隊列中。
nodejs的時間驅動模型一般要注意下面幾個點:
因為是單線程的,所以當順序執行js文件中的代碼的時候,事件循環是被暫停的。
當js文件執行完以后,事件循環開始運行,并從消息隊列中取出消息,開始執行回調函數
因為是單線程的,所以當回調函數被執行的時候,事件循環是被暫停的
當涉及到I/O操作的時候,nodejs會開一個獨立的線程來進行異步I/O操作,操作結束以后將消息壓入消息隊列。
下面我們從一個簡單的js文件入手,來看看 nodejs是如何執行的。
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"); // 運行到這里之前,事件循環是暫停的
同步執行debug("begin")
異步調用fs.readFile(),此時會開一個新的線程去進行異步I/O操作
異步調用setTimeout(),馬上將超時信息壓入到消息隊列中
同步調用debug("end")
開啟事件循環,彈出消息隊列中的信息(目前是超時信息)
然后執行信息對應的回調函數(事件循環又被暫停)
回調函數執行結束后,開始事件循環(目前消息隊列中沒有任何東西,文件還沒讀完)
異步I/O讀取文件完畢,將消息壓入消息隊列(消息中含有文件內容或者是出錯信息)
事件循環取得消息,執行回調
程序退出。
這里借一張圖來說明nodejs的事件驅動模型(圖來自這里)
][2]
這里最后要說的一點就是如何手動將一個函數推入隊列,nodejs為我們提供了幾個比較方便的方法:
setTimeout()
process.nextTick()
setImmediate()
異步I/Onodejs中的異步I/O的操作是通過libuv這個庫來實現的,包含了window和linux下面的異步I/O實現,博主也沒有研究過這個庫,感興趣的讀者可以移步到這里
問題答案好,到目前為止,已經可以回答上面的問題了
question 1
為何timeout1和timeout2的結果會在end后面?
answer 1
因為此時timeout1和timeout2只是被異步函數推入到了隊列中,事件循環還是暫停狀態
question 2
為何timeout1和timeout2沒有輸出到終端?while(true)到底阻塞了什么?
answer 2
因為此處直接阻塞了事件循環,還沒開始,就已經被阻塞了
question 3,4
為什么timeout1中回調函數會阻塞timeout2中的回調函數的執行?
為何timeout1的計算密集型工作將會阻塞timeout2的回調函數的執行?
answer 3,4
因為該回調函數執行返回事件循環才會繼續執行,回調函數將會阻塞事件循環的運行
question 5
為何讀取文件的IO操作不會阻塞timeout2的執行?
answer 5
因為IO操作是異步的,會開啟一個新的線程,不會阻塞到事件循環
參考文獻:
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模式及 select、poll、epoll詳解
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