JavaScript 單線程不簡單.md

Lowky 發布于2019-08-20 19:01 / 2772人閱讀

摘要：對于而言，單線程指的是它的執行線程是單線程。對于來說，單線程不僅不是劣勢，它對于降低編程復雜度還有很重要的作用，單線程避免了多線程編程模型多線程死鎖狀態同步等問題。單線程的應用是脆弱了，但群體的力量是強大的。

我們常聽說 JavaScript 是單線程的，那這個單線程是什么意思呢？單線程是否意味 JavaScript 存在性能缺陷呢？

在瀏覽器端，JavaScript 單線程指的是 JavaScript 的執行線程與 UI 渲染線程共用一個線程。對于 NodeJS 而言，單線程指的是它的 JavaScript 執行線程是單線程。雖然 JavaScript 只能單線程執行，但 JavaScript 引擎可不是，它能夠創建多個線程為主線程服務。Web Worker 已經得到大部分瀏覽器的支持，NodeJS 也擁有自己的線程池來處理 I/O 操作。無論前端還是后端，JavaScript 已經能夠利用多個線程來提升程序性能了。

NodeJS 單線程異步 I/O 模型

NodeJS 是單線程異步 I/O 模型。換句話說，NodeJS 代碼執行占用一個線程，而代碼中的 I/O 操作則是交給其它線程執行，執行完畢后將結果交還給主線程。

對于 NodeJS 來說，單線程不僅不是劣勢，它對于降低編程復雜度還有很重要的作用，單線程避免了多線程編程模型多線程死鎖、狀態同步等問題。而異步 I/O 避免了單線程同步編程模型的阻塞問題，使 CPU 得到更充分的使用。

NodeJS 異步 I/O 模型的實現離不開 libuv 層，libuv 提供了一個線程池來執行 I/O 操作，執行完畢后再將結果返回給執行線程，因此 I/O 操作不會阻塞執行線程地繼續執行。libuv 是一個事件驅動的異步 I/O 庫，它是跨平臺的，在 *nix 平臺下，自行實現了線程池，在 windows 平臺采用了 IOCP，IOCP 內部仍是線程池原理，libuv 的線程池默認為 4 個線程。接下來我們在 Linux 環境下看一看 NodeJS 的多個線程。

查看 NodeJS 多線程

首先，我們需要先編寫一個 js 腳本，寫入一個定時器使得腳本不會因為執行完畢而被關掉。

setInterval(function () {}, 1000)

node命令執行該腳本，開啟另一個窗口（或者把程序放后臺執行）來查看 NodeJS 進程下的線程情況。

$ ps -a
  PID TTY          TIME CMD
16699 pts/2    00:00:00 node
16706 pts/0    00:00:00 ps
$ ps -L -p 16699
  PID   LWP TTY          TIME CMD
16699 16699 pts/2    00:00:00 node
16699 16700 pts/2    00:00:00 V8 WorkerThread
16699 16701 pts/2    00:00:00 V8 WorkerThread
16699 16702 pts/2    00:00:00 V8 WorkerThread
16699 16703 pts/2    00:00:00 V8 WorkerThread
16699 16704 pts/2    00:00:00 node

可以看到包括 V8 引擎的工作線程在內，已經開啟了 6 個線程（MAC OS 系統用ps -M -p 命令）。當前，線程池還未被創建，只有進行 I/O 操作后，線程池才會被創建。在腳本中添加異步讀取文件的代碼來激活線程池。

require("fs").readFile("test.js", function () {})
setInterval(function () {}, 1000)

重新啟動腳本，可以看到，啟動的 4 個新線程正是 libuv 線程池默認的 4 個線程。

$ ps -a
  PID TTY          TIME CMD
16745 pts/2    00:00:00 node
16755 pts/0    00:00:00 ps
$ ps -L -p 16745
  PID   LWP TTY          TIME CMD
16745 16745 pts/2    00:00:00 node
16745 16746 pts/2    00:00:00 V8 WorkerThread
16745 16747 pts/2    00:00:00 V8 WorkerThread
16745 16748 pts/2    00:00:00 V8 WorkerThread
16745 16749 pts/2    00:00:00 V8 WorkerThread
16745 16750 pts/2    00:00:00 node
16745 16751 pts/2    00:00:00 node
16745 16752 pts/2    00:00:00 node
16745 16753 pts/2    00:00:00 node
16745 16754 pts/2    00:00:00 node

可以通過修改環境變量process.env.UV_THREADPOOL_SIZE（最大 128）使 NodeJS 支持更多地線程。

// js
process.env.UV_THREADPOOL_SIZE = 64
require("fs").readFile("test.js", function () {})
setInterval(function () {}, 1000)

// bash
$ ps -a
  PID TTY          TIME CMD
16782 pts/2    00:00:00 node
16852 pts/0    00:00:00 ps
$ ps -L -p 16782 | wc -l
71

重新執行腳本，可以看到減去第一行和 6 個初始線程，有 64 個線程在為 NodeJS 的異步 I/O 服務。

高并發和高可用

JavaScript 是單線程，但 JavaScript 引擎能夠創建多個線程來服務與主線程，而 NodeJS 的主線程就像一個調度員，它能夠將 I/O 操作，例如網絡請求，分發給其它線程進行處理，在通過事件機制將結果返回給主線程，因此，NodeJS 編寫的服務器能夠支持極大的并發量，這也是 NodeJS 的優勢所在。NodeJS 主線程不宜進行大量地計算，因為這會阻塞主線程的運行。所以一般來說，NodeJS 適合 I/O 密集型場景，不適合 CPU 密集型場景。

除了多線程的支持，NodeJS 還提供 child_process 和 cluster 接口允許用戶創建很多子進程來處理任務。單線程的 NodeJS 應用是脆弱了，但群體的力量是強大的。多進程、多線程的 NodeJS 才是服務器性能和穩定性的保證。

參考資料

http://docs.libuv.org/en/latest/threadpool.html

《深入淺出 NodeJS》

https://nodejs.org/dist/latest-v8.x/docs/api/child_process.html

https://nodejs.org/dist/latest-v8.x/docs/api/cluster.html

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