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关于多线程:深入浅出Node异步IO

jiezi

异步 IO

## 一、为什么要应用异步 I /O

用户体验
javascript在单线程上执行，它与 UI 线程是一个线程，如果应用同步，当 javascript 在执行的时候 UI 渲染就必须要进行期待，这样就是的用户的体验极差。

如果网页须要申请一些资源，通过同步的形式获取的话，那么咱们就必须要期待 js 从服务器齐全获取到资源后再继续执行，这期间 UI 期待，就会使得与用户的交互极差，影响用户的体验感。

// 当初申请两个资源
// 耗时为 M 毫秒
getData('from_db');
// 耗时为 N 毫秒
getData('from_remote_api');

随着利用的复杂性，情景会变成 M +N+…和 Max（M，N，…），此时同步和异步的优劣就会更加凸显。另一方面，随着网站和利用的扩大，数据往往会散布到多台服务器上，而散布意味着 M 和 N 的值会线性增长，这也会放大异步和同步在性能上的差别。总之，IO 是低廉的，分布式 IO 是更低廉的！

资源分配

单线程同步 IO

会因阻塞 IO 使得硬件资源无奈失去更优的利用。

多线程编程

长处：能够利用多核 CPU 无效晋升 CPU 的利用率
毛病：编程中的死锁、状态同步使得程序员很是头疼。

node 的异步 IO

node 采纳的异步 IO，利用单线程，远离了多线程死锁、状态同步，利用异步让单线程远离了阻塞，使得 CPU 失去更好的利用。
为了补救单线程无奈利用多核 CPU 的问题，Node 提供了子过程 childProcess , 将一些运算多的工作放入子过程进行高效的运算。

二、阻塞 I /O 和 非阻塞 I/O

阻塞 IO

阻塞的 IO 操作就是发动 IO 操作后，线程阻塞期待 IO 实现，这期间 cpu 得不到无效利用。

非阻塞 IO

非阻塞 IO 操作其实就是发动 IO 操作后，通过事件轮巡，或者事件告诉机制，一直查问 IO 操作是否实现，或者是主线程进入休眠期待事件告诉 IO 完结，而后持续向下执行代码，实际上非阻塞 IO 期间，cpu 要不用来查问要不用来休眠，也没有失去无效利用。仍旧是同步 IO。

三、node 的异步 I /O

实现整个异步 IO 须要单个环节 事件循环 观察者 申请对象。

实际上 node 的异步 IO 是采纳了线程池技术，发动异步 IO 时，把 io 操作扔到线程池外面执行，而后主线程继续执行其余操作，io 执行结束通过线程间通信告诉主线程，主线程执行回调。
IO 线程是由 Libuv(Linux 下由 libeio 具体实现；window下则由 IOCP 具体实现)治理的线程池管制的，实质上是多线程。即采纳了线程池与阻塞 IO 模仿了异步 IO。

异步 IO 原理

当遇到 IO 时，将其放入线程池中的一个 IO 线程，让该工作在 IO 线程上执行，在 IO 线程上是阻塞 IO 形式执行的，而后在主线程上继续执行，当遇到另一个 IO 工作时，将其在放入线程池，而后在另一条 IO 线程上执行（同样是阻塞 IO 形式），主线程继续执行着。

1、事件循环

正式因为事件循环使得回调函数十分的广泛。

  1. node 过程启动的时候，会创立一个相似的 while(1) 循环，每执行顺次循环的过程被称为是 Tick。
  2. Tick 过程就是查看当下是否有待解决的事件，如果有则取出相干事件以及回调函数，而后执行回调函数（在主线程中执行）。
  3. 而后进入下一个循环，持续检测如果不再有事件处理，就推出。
    当 I / O 线程上的工作（阻塞 I /O）执行结束之后，就会产生一个事件，这就是事件循环中的事件的产生由来。

2. 观察者

Node中事件的次要起源是网络申请和文件 IO 等。这些事件对应的观察者就是网络 I / 0 观察者、文件 I / 0 观察者。

3. 申请对象

在从 js 发动调用起到内核执行 I / O 结束之后。这个两头过程有一种两头产物，称为是申请对象。

  • 以关上文件为例子
    • *
0. 异步调用工作
1. js 调用外围模块
2. 外围模块调用 C ++ 内建模块
3. 内建模块在 `libuv` 层，分平台解决。本质上调用的都是 `uv_fs_open` 办法。4. 在调用的过程中，创立一个 `FSReqWrap` 申请对象。【这就是咱们的配角申请对象了】5. 对象创立结束后，设置好参数和回调函数，就会将其推入线程池中期待执行了。6. js 线程继续执行后续的工作，以后的 IO 操作在线程池中执行，不论 IO 线程上是阻塞还是非阻塞，都不会影响主线程的执行，因而这就达到了异步的目标了。
  • 到这里其实就实现了异步 IO 的第一步了，回调告诉则是第二步。

4. 执行回调

当 IO 线程中的工作执行结束后，就会将执行后果放在申请对象中。而后告诉 TOCP。TOCP 查看工作是否实现。如果实现了就将 I / O 申请对象退出观察者队列中，当作事件处理。而后通过事件循环来执行回调函数。

  • 留神：Windows 下是 TOCP，Linux 下是通过 epoll。
    • *

四、node 的非 I / O 的异步 API

1. 定时器

定时器的实现原理同异步 IO，只是没有应用线程池。

setTimeout()

每次 Tick，都会从该红黑树迭代取出定时器对象，而后查看是否超过了工夫，如果超时那么就造成一个事件，回调函数执行。

2. process.nextTick()

立刻执行一个异步工作

咱们之前可能都这么做
setTimeout(function(){
//
}, 0);

应用下面的办法节约性能，应用 process.nextTick()则更为轻量。
process.nextTick(function(){
//
})

  • 区别

// 原始
A();
B();
C();

y>

A();
process.nextTick(B);
C();

A();
setImmediate(B);// 或者 setTimeout(B,0);
C();


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