Nodejs io implémentation interne du multi-threading

Node.js Implémentation interne des IO et multi-threading

Node.js est un environnement d'exécution JavaScript basé sur le moteur Chrome V8, utilisant un modèle d'E/S non bloquant et piloté par les événements , visant à fournir des E/S efficaces et un environnement de développement d'applications côté serveur basé sur les événements. Dans Node.js, les E/S sont la partie centrale. Elles implémentent des E/S non bloquantes via le mécanisme de boucle d'événements. Cependant, beaucoup de gens savent que Node.js est monothread, alors comment parvient-il à obtenir des E/S efficaces. ? Du drap de laine ? Cet article examinera ce problème du point de vue de l'implémentation interne de Node.js IO et explorera son modèle multithread.

Modèle d'E/S Node.js

Dans le modèle d'E/S de Node.js, lorsqu'une requête d'E/S est initiée (comme la lecture d'un fichier), Node.js placera la requête dans la file d'attente des boucles d'événements et reviendra immédiatement pour continuer à exécuter le code suivant. Lorsque la demande d'E/S est terminée, Node.js placera sa fonction de rappel dans la file d'attente de la boucle d'événements, en attendant d'être appelée lors de la prochaine exécution de la boucle d'événements. Ce mode d'E/S non bloquant permet à Node.js de gérer un grand nombre de requêtes simultanées, garantissant ainsi des performances système efficaces.

L'implémentation du modèle d'E/S de Node.js est principalement basée sur les deux technologies clés suivantes : la boucle d'événements et les E/S asynchrones.

Event loop

Dans Node.js, la boucle d'événements est un concept central. Il s'agit d'un mécanisme d'interrogation chargé de gérer les événements d'E/S asynchrones et d'autres événements. Le mécanisme de boucle d'événements de Node.js est divisé en plusieurs étapes, et chaque étape possède une file d'attente de fonctions de rappel désignée. Chaque étape de la boucle d'événements possède une file d'attente spéciale de fonctions de rappel. Lorsque la boucle d'événements entre dans une certaine étape, elle exécutera la file d'attente des fonctions de rappel de cette étape. Après l'exécution, elle passera à l'étape suivante jusqu'à ce que la boucle d'événements se termine ou qu'il n'y ait plus d'événements à traiter.

E/S asynchrones

Les E/S asynchrones sont un autre concept central de Node.js, qui permet à Node.js de prendre en charge les E/S à charge élevée dans un seul thread. ./O opérations. Dans Node.js, les E/S asynchrones sont implémentées via des fonctions de rappel. Lorsqu'une requête d'E/S est terminée, Node.js exécutera immédiatement sa fonction de rappel au lieu de bloquer et d'attendre la fin de la requête. Cela permet à Node.js de continuer à exécuter le code suivant en attendant la fin de l'opération d'E/S, augmentant ainsi le débit et la vitesse de réponse du système.

Implémentation interne des IO par Node.js

Comment le modèle d'E/S de Node.js est-il implémenté ? Plus précisément, le modèle d'E/S de Node.js se compose de trois modules principaux : libuv, v8 et Node.js lui-même. Parmi eux, libuv est une bibliothèque multiplateforme C hautes performances qui fournit des fonctions de base telles que les boucles d'événements, les opérations du système de fichiers, les opérations réseau et prend en charge le multithreading. libuv est en fait l'une des clés de la façon dont Node.js gère les E/S asynchrones. v8 est un moteur JavaScript hautes performances développé par Google qui est utilisé pour compiler et exécuter du code JavaScript. Node.js lui-même fournit des API d'E/S avancées, permettant aux développeurs de développer plus facilement des applications.

Dans le modèle d'E/S de Node.js, libuv joue un rôle important. Il s'agit d'une bibliothèque de langage C multiplateforme qui fournit des fonctionnalités de base telles que le mécanisme de boucle d'événements, la planification de tâches asynchrones, les minuteries et les opérations d'E/S. Dans le moteur Node.js, libuv est responsable de la planification des boucles d'événements et du traitement des demandes d'E/S. Pendant la boucle d'événements, libuv parcourt la file d'attente des événements et exécute toutes les fonctions de rappel de manière asynchrone pour gérer les demandes d'E/S et autres événements.

Comment libuv implémente-t-il le multi-threading ? En fait, libuv n'est pas un modèle entièrement monothread. libuv utilise la technologie de pool de threads, qui sélectionne un thread pour exécuter la fonction de rappel à chaque étape de la boucle d'événements, ce qui peut utiliser pleinement les ressources du processeur et augmenter le débit et la réactivité du système. Lorsque le pool de threads est épuisé, libuv démarre de nouveaux threads pour gérer les nouvelles requêtes d'E/S.

libuv n'utilise pas de mécanismes tels que des verrous et des variables atomiques dans le modèle multi-thread traditionnel pour synchroniser l'accès entre les threads, mais utilise des mécanismes de mémoire partagée et de message pour réaliser le transfert de données et la synchronisation entre les threads. Plus précisément, libuv maintient une file d'attente de tâches partagée.Chaque thread obtient en continu les tâches à exécuter à partir de cette file d'attente, puis exécute la fonction de rappel et notifie les résultats du traitement à la file d'attente de rappel, et attend enfin la prochaine distribution de la boucle d'événements. Dans la file d'attente des tâches, chaque tâche doit être indépendante du thread pour garantir qu'il n'y aura pas de conflits lors de l'exécution multithread.

Modèle multithread

Node.js adopte le modèle de pool de threads libuv, qui prend en charge l'exécution multithread des requêtes d'E/S et des fonctions de rappel. Dans la boucle d'événements, libuv sélectionne un thread inactif pour chaque requête d'E/S et attribue la tâche à ce thread pour exécution. Le nombre de threads est configurable et dépend de facteurs tels que le nombre de cœurs de processeur et la mémoire disponible sur le système. Lorsque les threads du pool de threads sont épuisés, les nouvelles requêtes d’E/S seront placées dans la file d’attente en attendant que de nouveaux threads soient traités.

Vous devez faire attention à certains détails lors de la mise en œuvre du modèle multi-thread de Node.js. Par exemple, dans la boucle d'événements, si la fonction de rappel d'une requête d'E/S doit effectuer des opérations fastidieuses, vous devez éviter de bloquer le thread, bloquant ainsi toute la boucle d'événements. Une méthode efficace consiste à exécuter des opérations fastidieuses dans un nouveau thread sans affecter le fonctionnement du thread actuel. De plus, lors du partage de mémoire entre les threads, vous devez faire attention aux problèmes de synchronisation des threads pour éviter des problèmes tels que la concurrence des données.

Résumé

Node.js adopte un modèle d'E/S non bloquant pour réaliser des opérations d'E/S efficaces. Ses performances externes sont monothread, mais son implémentation interne prend en charge le multithread. L'implémentation des E/S de Node.js repose principalement sur trois modules : libuv, v8 et Node.js lui-même. En tant que l'un des modules principaux de Node.js, libuv implémente des fonctionnalités de base telles que les boucles d'événements, la planification de tâches asynchrones, les minuteries et les opérations d'E/S, et prend en charge le multithreading. Dans le modèle de pool de threads, libuv implémente un mécanisme complet de pool de threads pour coordonner l'exécution entre les threads, prend en charge le traitement des événements d'E/S asynchrones multithread et améliore la réactivité et le débit du système.

L'implémentation des E/S de Node.js est l'une des clés de ses performances efficaces. Elle fournit aux développeurs une interface d'appel d'E/S efficace, permettant aux développeurs d'implémenter plus facilement des applications côté serveur efficaces. Dans le même temps, l'implémentation d'E/S de Node.js fournit également des API pour permettre aux développeurs de développer plus facilement des applications. Par conséquent, une compréhension approfondie des principes d’implémentation des E/S de Node.js est très utile pour implémenter des applications côté serveur efficaces.

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