前端修炼——Node.js（二）

提前了解一下 Node 的 API 文档，学习一下里面的方法是干什么用的，可以更好的理解书中举例的一些方法，以防看到某个案例方法懵逼呦。好的，我们继续。

继续继续

异步I/O

现代的 Web 应用已经不再是单台服务器就能胜任了，在跨网络结构下，并发已经是现代编程的标配了，所以异步 I/O 在 Node 里非常重要。

Node 完成整个异步 I/O 环节包括：

• 事件循环
• 观察者
• 请求对象

事件循环

Node 的自身执行模型就是事件循环。
在进程启动时，Node 会创建一个类似 while（true）的循环，每执行一次循环循环体的过程我们称为 Tick。每个 Tick 的过程就是查看是否有事件待处理，如果有，就取出事件及相关的回调函数。如果存在关联的回调函数，就执行它们。然后进入下一个循环，如果不再有事件处理，就退出进程。

Tick流程图

观察者

在每个 Tick 的过程中，判断是否有事件需要处理的角色就称为观察者。

书里举了一个很形象的例子：事件循环的过程就如同饭馆的厨房，厨房一轮一轮的制作菜肴，但是要具体制作哪些菜肴取决于收银台收到的客人的下单。厨房每做完一轮菜，就去吻收银台的小妹，接下来还有没有要做的菜，如果没有的话，就下班打烊了。

这个过程中，收银台的小妹就是观察者，他收到的客人点单就是关联的回调函数。当然，如果饭馆经营有方，它可能有多个收银员，就如同事件循环中有多个观察者一样。收到下单就是一个事件，一个观察者里可能有多个事件。

事件循环模拟图例

请求对象

这一节主要说的是从 JavaScript 代码到系统内核之间都发生了什么。

对于 Node 中的异步 I/O 调用而言，回调函数不由开发者调用。从 JavaScript 发起调用到内核执行完 I/O 操作的过渡过程中，存在一种中间产物，它就是请求对象。
以 fs.open()方法作为例子，探索 Node 与底层之间是如何执行异步回调以及回调函数究竟如何被调用的：

fs.open = function(path,flags,mode,callback){
    // ...
    binding.open(pathModule._makeLong(path),stringToFlags(flags),mode,callback);
};

说实话，这里函数里面的代码并不是很明白，书中说是 JavaScript 层面的代码通过调用 C++ 核心模块进行下层操作。可能是里面的代码是内建模块编译出来的，js 调用核心模块。

调用示意图

JavaScript 调用 Node 的核心模块，核心模块调用 C++ 内建模块，内建模块进行系统调用，这是 Node 里的经典调用。

从上图可以看出fs.open()方法，其实是调用底层的uv_fs_open()方法，在调用这个方法的过程中，创建了一个请求对象，从 JavaScript 层面传入的参数和当前方法都被封装在这个请求对象中，对象包装完毕后，在 Windows 下，会将这个请求对象推入线程池（后边会有解释线程池）中等待执行。

将请求对象推入线程池后，由 JavaScript 层面发起的异步调用的第一阶段就结束了。JavaScript 线程就可以继续执行后边的 JavaScript 操作了。当前的 I/O 操作在线程池中等待执行，就此达到异步的目的。

执行回调

组装好请求对象，送入 I/O 线程池等待执行，实际上完成了异步 I/O 的第一部分，回调通知是第二部分。

线程池中的 I/O 操作调用完毕之后，会将结果存储到 result 属性上，然后告知当前对象操作已完成，并将线程归还线程池。

在这个过程中，其实还动用了事件循环的 I/O 观察者。在每次 Tick 的执行中，都会调用相关的方法检查线程池中是否还有执行完的的请求，有就将请求对象加入到 I/O 观察者的队列中，然后将其当做事件处理。

I/O 观察者回调函数的行为就是取出请求对象的 result 属性作为参数，取出里面的方法执行，以此达到调用 JavaScript 中传入的回调函数的目的。

整个异步I/O流程

从前面的异步 I/O 过程中，可以提取出异步 I/O 的几个关键词：单线程、事件循环、观察者、I/O 线程池。

注意！这里的单线程和 I/O 线程池似乎是冲突的。其实：在 Node 中，除了 JavaScript 是单线程外，Node 自身是多线程的，只是 I/O 线程使用 CPU 较少。
另一个需要重视的观点是：除了用户代码无法并行执行外，所有的 I/O （磁盘 I/O 和网络 I/O 等）则是可以并行起来的。

这句话解开我好几个迷惑点

事件驱动与高性能服务器

其实如果看懂了异步的实现原理，事件驱动这个概念，也应该理解的差不多了，即通过主循环加事件触发的方式来运行程序。

上面是利用读取文件方法来解释异步 I/O，其实异步 I/O 不仅仅应用在文件操作中。在网络请求层（Node 接收到网络，作为服务器），侦听到的请求都会形成事件交给 I/O 观察者。事件循环会不停地处理这些网络 I/O 事件。如果 JavaScript 有传入回调函数，这些事件将会最终传递到业务逻辑层进行处理。利用 Node 构建 Web 服务器，正是在这样的一个基础上实现的。

利用Node构建Web服务器流程图

几种经典的服务器模型，对比它们的优缺点：

• 同步式 （一次只能处理一个请求，其余请求处于等待状态）
• 每进程/每请求（为每个请求启动一个进程，这样可以处理多个请求，但不具备扩展性，因为系统资源有限）
• 每线程/每请求（为每个请求启动一个线程来处理。线程占内存，大并发时内存不足，服务器变缓慢）

Node 通过事件驱动方式处理请求，无需为每个请求创建额外线程，省掉创建和销毁线程的开销，同时系统调度任务时因为线程少，上下文切换代价也低。即使在大量并发时，也不受线程上下文切换开销的影响，这是 Node 高性能的一个原因。

总结

1、异步 I/O 的关键词：单线程、事件循环、观察者、I/O 线程池。
2、在 Node 中，除了 JavaScript 是单线程外，Node 自身是多线程的，只是 I/O 线程使用 CPU 较少。
3、事件循环是异步实现的核心。

异步编程

有异步 I/O ，必有异步编程。

这一章主要讲解的是高级函数的用法，异步编程的优势和难点，异步编程的解决方案和方案对应的原理，异步并发控制的解决方案及原理。我没有全部搞明白，只学习了一下常见的方法原理，精力有限。也可能是功力不够，研究不动了 [允悲] 。有能力的兄台可以自行查阅资料进行研究，也希望搞明白后可以指导指导。

有点懵逼

函数式编程

熟悉 JavaScript 的前端开发者，肯定了解里面的高阶函数，说白了就是讲函数作为参数，或者返回值等操作。例如：

function fn(x){
    return function(){
        return x;
    }
}

这种函数用法相信大部分前端工程师都有使用过的。

偏函数用法

偏函数用法是指：创建一个调用一个部分参数或变量已经预置好的函数的函数用法。

我听着也很拗口，意思就是：创建一个函数 A，这个函数 A 是用来调用另外一个函数 B 的，函数 B 的部分参数或变量是你定义好的，这种函数 A 就叫偏函数（希望你听懂了，哈哈）。看例子：

var toString = Object.prototype.toString;
var isString = function(obj){ // 判断对象是否为字符串
    return toString.call(obj) == '[object String]';
};
var isFunction = function(obj){ // 判断对象是否为函数
    return toString.call(obj) == '[object Function]';
};

但是这种函数有一个问题，你想判断几种对象，就要写几个判断的函数，为了解决这个问题：

var isType = function(type){
    return function(obj){
        return toString.call(obj) == '[object '+type+']';
    };
};

这种写法就把你想判断的类型写活了。你想判断什么类型就传什么类型的 type ，这种形式就是偏函数。

异步编程的优势与难点

优势：
Node 带来的最大特性莫过于基于事件驱动的非阻塞 I/O 模型，这也是它的灵魂所在。带来的好处也是性能上的优势，让资源得到更好的利用。对于网络应用而言，也备受青睐。

异步I/O调用示意图 传统同步I/O模型

可以看出两种模式在性能上的区别。

异步编程的难点主要有一下几点：

• 异常处理
• 函数嵌套过深
• 阻塞代码
• 多线程编程
• 异步转同步

异步编程难点解决方案

针对上面的几个难点，Node 也有专门的方案解决：

• 事件发布 / 订阅模式（注册 / 触发）
• Promise / Deferred 模式
• 流程控制库

事件发布 / 订阅模式：
这里讲解的是 Node 的 events 模块和一些相关的 API 方法的使用和原理，比如：addListener/on()（注册方法），once()（注册方法，只执行一次），removeListener()（移除方法注册），removeAllListeners()（移除所有注册方法），emit()（触发方法）。例如：

var events = require('events');
var emitter = new events.EventEmitter(); // 初始化
// 订阅
emitter.on("event1",function(message){
    console.log(message);
});
// 发布
emitter.emit("event1","This is message!");

Promise / Deferred 模式：
使用事件的方式时，执行流程需要被预先设定。即便是分支，也需要预先设定，这是由发布 / 订阅模式的运行机制所决定的。
这句话的意思是，你的异步函数里的选项必须齐全，不然就执行不了。例如：

$.get('/url',{
    success: onSuccess,
    error: onError,
    complete: onComplete
});
// 这个异步ajax，你不写success项或error项就不行

Promise / Deferred 模式是一种先执行异步调用，延迟传递处理方式的模式。例如：

$.get('/url')
    .success(onSuccess)
    .error(onError)
    .complete(onComplete)

// 这种方式即使不调用success()等方法，ajax也会执行。

流程控制库
这里没看太明白，记得后期补一补，只是知道各种类库各显神通。

事件发布 / 订阅模式相对算是一种较为原始的方式，Promise / Deferred 模式贡献了一个非常不错的异步任务模型的抽象。流程控制库方案与Promise / Deferred 模式不同，后者的重头在于封装异步的调用部分，前者将重点放在回调函数的注入上。

总结

异步编程是 Node 里比较难的一部分，就是在 JavaScript 中，高阶函数也是个难点。

其实是因为人的线性思维惯性，对异步编程这种思维方式不太习惯，所以比较难学，但是俗话说：世上无难事只怕有心人呐，相信经过大量练习和学习，这点是不难攻克的。

未完待续。。。。。。

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文章只是本人学习 Node 过程中，按自己的理解总结的一些笔记，若有错误之处，欢迎各位及时指出，一起探讨更好的答案。

https://github.com/zhangqian00/

这是我的github地址，有一些我自己写的一些关于require、angular、vue等等的小项目，最近在学习Nodejs，非常欢迎大牛们来指点，交流，分享。