Node.js中的异步

2017-10-29 本文已影响55人靳晓阳s

title: Node.js中的异步
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异步
Node.js

前言

写Node.js也有一段时间了，但一直没有理解Node.Js中的异步，同时我也有了更多的疑问异步回调和同步回调的区别，Node.js采用异步的优势是什么？如何才能优雅的写Node.js的代码？

Node.js的单线程

先来看下Node.js的结构，分为三层，如下：

struct.jpg

Node.js 标准库，这部分是由 Javascript 编写的，即我们使用过程中直接能调用的 API。在源码中的 lib 目录下可以看到。
Node bindings，这一层是 Javascript 与底层 C/C++ 能够沟通的关键，前者通过 bindings 调用后者，相互交换数据。实现在 node.cc
这一层是支撑 Node.js 运行的关键，由 C/C++ 实现。
- V8：Google 推出的 Javascript VM，也是 Node.js 为什么使用的是 Javascript 的关键，它为 Javascript 提供了在非浏览器端运行的环境，它的高效是 Node.js 之所以高效的原因之一。
- Libuv：它为 Node.js 提供了跨平台，线程池，事件池，异步 I/O 等能力，是 Node.js 如此强大的关键。
- C-ares：提供了异步处理 DNS 相关的能力。
- http_parser、OpenSSL、zlib 等：提供包括 http 解析、SSL、数据压缩等其他的能力。

Node.js 虽然说是用的 Javascript，但只是在开发时使用 Javascript 的语法来编写程序。真正的执行过程还是由 V8 将 Javascript 解释，然后由 C/C++ 来执行真正的系统调用。

真正执行系统调用的其实是 Libuv。之前我们提到，Libuv 本身就是异步和事件驱动的，所以，当我们将 I/O 操作的请求传达给 Libuv 之后，Libuv 开启线程来执行这次 I/O 调用，并在执行完成后，传回给 Javascript 进行后续处理。

nodejs_thread.png

这里面的 I/O 包括文件 I/O 和网络 I/O。两者的底层执行略有不同。从上面的 Libuv 官网的图中，我们可以看到，文件 I/O，DNS 等操作，都是依托线程池（Thread Pool）来实现的。而网络 I/O 这一大类，包括：TCP、UDP、TTY 等，是由 epoll、IOCP、kqueue 来具体实现的。

它的单线程指的是自身 Javascript 运行环境的单线程，Node.js 并没有给 Javascript 执行时创建新线程的能力，最终的实际操作，还是通过 Libuv 以及它的事件循环来执行的。

异步和同步

异步是对进程在和I/O（有文件I/O、网络I/O）交互而言的。在做网络请求时候，假设这个操作需要2s，同步会等待这个2s的请求完成再去做下一个动作；然后异步会直接进行下一个动作。

下面这段代码，输出的是null，因为网络I/O这个请求是异步的，执行到异步相关操作的时候会立即返回。

var statusCode = null;
request('https://www.baidu.com/', function(error, response, body) {
        var statusCode =  response.statusCode;
});
console.log(statusCode);

为什么Node.js要设计为异步

目前为止我接触的编程语言都是同步，刚开始写 Node.js 那是相当的不习惯，即使现在习惯了还是觉得这样编程很麻烦。既然如此那为何要把 Node.js 设计成异步的呢？

异步并不会少程序的运行时间，不会因为你用了异步，查询数据库的时间就会从10ms减少到5ms，无论是同步还是异步，执行的时间依然是10ms，异步的作用仅仅是提升了应用程序的吞吐量。进一步说，异步 IO 会减少单个请求的时间，去掉单个请求中那些无意义的等待时间（从用户角度来看）。所以单位时间内处理的请求没有变化（从服务器监督看），但每个请求的处理时间却减少了。从这个角度，服务器也节约了一些资源——即维持每个请求的连接消耗的内存。

异步这么麻烦应该怎么写

最简单的实现异步的方法就是回调，但是对于有时序性的，异步多了之后就成了回调陷阱，代码会像下面这个样子，瞬间感觉自己智商跟不上了要：

request('https://www.baidu.com/', function(error, response, body) {
    var statusCode =  response.statusCode;
    request('https://www.baidu.com/', function(error, response, body) {
        var statusCode =  response.statusCode;
        request('https://www.baidu.com/', function(error, response, body) {
            var statusCode =  response.statusCode;
        });
    });
});

当然现在有很多解决方案，如下图所示：

async.png

Node.js如何实现的异步

nodejs是单线程(single thread)运行的，通过一个事件循环(event-loop)来循环取出消息队列(event-queue)中的消息进行处理,处理过程基本上就是去调用该消息对应的回调函数。消息队列就是当一个事件状态发生变化时，就将一个消息压入队列中。

实际上，主线程只会做一件事情，就是从消息队列里面取消息、执行消息，再取消息、再执行。当消息队列为空时，就会等待直到消息队列变成非空。而且主线程只有在将当前的消息执行完成后，才会去取下一个消息。这种机制就叫做事件循环机制，取一个消息并执行的过程叫做一次循环。

用ajax请求做一个具体说明：

ajax.png

--EOF--