JSマルチスレッドランタイムライブラリNexus.jsの使い方を詳しく解説

今回は、JS マルチスレッド ランタイム ライブラリ Nexus.js の使用方法について詳しく説明します。JS マルチスレッド ランタイム ライブラリ Nexus.js を使用する際の 注意事項 は何ですか?見てください。

まず、このプロジェクトに詳しくない場合は、以前に書かれた一連の記事を読むことをお勧めします。これを読みたくない場合でも、心配しないでください。その内容もここで取り上げます。

さあ、始めましょう。

昨年、私は Webkit/

JavaScript カーネルに基づくマルチスレッドのサーバーサイド JavaScript ランタイムである Nexus.js の実装を開始しました。ここでは説明しませんが、主に、長時間仕事に耐えられなかったという、自分ではどうしようもない理由から、しばらく仕事をすることを諦めました。

それでは、Nexus のアーキテクチャとその仕組みについて説明することから始めましょう。

イベントループ

イベントループはありません

(ロックフリー) タスクオブジェクトを含むスレッドプールがあります

setTimeout または setImmediate が呼び出されるたび、または Promise が作成されるたびに、タスクはタスク キューに追加されます。

タスクがスケジュールされると、最初に使用可能なスレッドがタスクを選択して実行します。

Promise は CPU コアで処理されます。 Promise.all() を呼び出すと、Promise が並行して解決されます。

ES6

async/await をサポートしており、使用することをお勧めします

await(...) のサポート

解体をサポート

非同期 try/catch/finally をサポートします

モジュール

CommonJS はサポートされていません。 (require(...) と module.exports)

すべてのモジュールは ES6 インポート/エクスポート構文を使用します

import('file-or-packge').then(...) による動的インポートをサポートします

import.meta.filename や import.meta.dirname などの import.meta をサポートします

追加機能: URL からの直接インポートをサポートします。例:

import { h } from 'https://unpkg.com/preact/dist/preact.esm.js';

イベントエミッター

Nexus は Promise ベースの EventEmitter クラスを実装します

イベント処理 プログラムはすべてのスレッドで順序付けされ、並行して実行されます。

EventEmitter.emit(...) の戻り値は Promise であり、イベント ハンドラーで戻り値の配列に解析できます。

例:

class EmitterTest extends Nexus.EventEmitter {
 constructor() {
  super();
  for(let i = 0; i < 4; i++)
   this.on(&#39;test&#39;, value => { console.log(`fired test ${i}!`); console.inspect(value); });
  for(let i = 0; i < 4; i++)
   this.on(&#39;returns-a-value&#39;, v => `${v + i}`);
 }
}
const test = new EmitterTest();
async function start() {
 await test.emit('test', { payload: 'test 1' });
 console.log('first test done!');
 await test.emit('test', { payload: 'test 2' });
 console.log('second test done!');
 const values = await test.emit('returns-a-value', 10);
 console.log('third test done, returned values are:'); console.inspect(values);
}
start().catch(console.error);

I/O

すべての入出力は、デバイス、フィルター、ストリームの 3 つのプリミティブを通じて行われます。

すべての入出力プリミティブは EventEmitter クラスを実装します

Device を使用するには、Device 上に ReadableStream または WritableStream を作成する必要があります

データを操作するには、ReadableStream または WritableStream にフィルターを追加します。

最後に、source.pipe(...destinationStreams) を使用し、source.resume() がデータを処理するのを待ちます。

すべての入出力操作は ArrayBuffer オブジェクトを使用して行われます。

フィルターは process(buffer) メソッドを使用してデータを処理しようとしました。

例: 2 つの別々の出力ファイルを使用して UTF-8 を UTF6 に変換します。

りー

TCP/UDP

Nexus.js は、IP アドレス/ポートのバインドと接続の監視を担当する Acceptor クラスを提供します

接続要求が受信されるたびに、接続イベントがトリガーされ、Socket デバイスが提供されます。

各 Socket インスタンスは全二重 I/O デバイスです。

ReadableStream と WritableStream を使用して Socket を操作できます。

最も基本的な例: (クライアントに「Hello World」を送信)

const startTime = Date.now();
 try {
  const device = new Nexus.IO.FilePushDevice('enwik8');
  const stream = new Nexus.IO.ReadableStream(device);
  stream.pushFilter(new Nexus.IO.EncodingConversionFilter("UTF-8", "UTF-16LE"));
  const wstreams = [0,1,2,3]
   .map(i => new Nexus.IO.WritableStream(new Nexus.IO.FileSinkDevice('enwik16-' + i)));
  console.log('piping...');
  stream.pipe(...wstreams);
  console.log('streaming...');
  await stream.resume();
  await stream.close();
  await Promise.all(wstreams.map(stream => stream.close()));
  console.log(`finished in ${(Date.now() * startTime) / 1000} seconds!`);
 } catch (e) {
  console.error('An error occurred: ', e);
 }
}
start().catch(console.error);

http

Nexus は、基本的に TCPAcceptor を継承する Nexus.Net.HTTP.Server クラスを提供します

いくつかの基本的なインターフェース

当服务器端完成了对传入连接的基本的Http头的解析/校验时，将使用连接和同样的信息触发connection事件

每一个连接实例都又一个request和一个response对象。这些是输入/输出设备。

你可以构造ReadableStream和WritableStream来操纵request/response。

如果你通过管道连接到一个Response对象，输入的流将会使用分块编码的模式。否者，你可以使用response.write()来写入一个常规的字符串。

复杂例子：（基本的Http服务器与块编码，细节省略）

....
/**
 * Creates an input stream from a path.
 * @param path
 * @returns {Promise<ReadableStream>}
 */
async function createInputStream(path) {
 if (path.startsWith('/')) // If it starts with '/', omit it.
  path = path.substr(1);
 if (path.startsWith('.')) // If it starts with '.', reject it.
  throw new NotFoundError(path);
 if (path === '/' || !path) // If it's empty, set to index.html.
  path = 'index.html';
 /**
  * `import.meta.dirname` and `import.meta.filename` replace the old CommonJS `dirname` and `filename`.
  */
 const filePath = Nexus.FileSystem.join(import.meta.dirname, 'server_root', path);
 try {
  // Stat the target path.
  const {type} = await Nexus.FileSystem.stat(filePath);
  if (type === Nexus.FileSystem.FileType.Directory) // If it's a directory, return its 'index.html'
   return createInputStream(Nexus.FileSystem.join(filePath, 'index.html'));
  else if (type === Nexus.FileSystem.FileType.Unknown || type === Nexus.FileSystem.FileType.NotFound)
   // If it's not found, throw NotFound.
   throw new NotFoundError(path);
 } catch(e) {
  if (e.code)
   throw e;
  throw new NotFoundError(path);
 }
 try {
  // First, we create a device.
  const fileDevice = new Nexus.IO.FilePushDevice(filePath);
  // Then we return a new ReadableStream created using our source device.
  return new Nexus.IO.ReadableStream(fileDevice);
 } catch(e) {
  throw new InternalServerError(e.message);
 }
}
/**
 * Connections counter.
 */
let connections = 0;
/**
 * Create a new HTTP server.
 * @type {Nexus.Net.HTTP.Server}
 */
const server = new Nexus.Net.HTTP.Server();
// A server error means an error occurred while the server was listening to connections.
// We can mostly ignore such errors, we display them anyway.
server.on('error', e => {
 console.error(FgRed + Bright + 'Server Error: ' + e.message + '\n' + e.stack, Reset);
});
/**
 * Listen to connections.
 */
server.on('connection', async (connection, peer) => {
 // Start with a connection ID of 0, increment with every new connection.
 const connId = connections++;
 // Record the start time for this connection.
 const startTime = Date.now();
 // Destructuring is supported, why not use it?
 const { request, response } = connection;
 // Parse the URL parts.
 const { path } = parseURL(request.url);
 // Here we'll store any errors that occur during the connection.
 const errors = [];
 // inStream is our ReadableStream file source, outStream is our response (device) wrapped in a WritableStream.
 let inStream, outStream;
 try {
  // Log the request.
  console.log(`> #${FgCyan + connId + Reset} ${Bright + peer.address}:${peer.port + Reset} ${
   FgGreen + request.method + Reset} "${FgYellow}${path}${Reset}"`, Reset);
  // Set the 'Server' header.
  response.set('Server', `nexus.js/0.1.1`);
  // Create our input stream.
  inStream = await createInputStream(path);
  // Create our output stream.
  outStream = new Nexus.IO.WritableStream(response);
  // Hook all `error` events, add any errors to our `errors` array.
  inStream.on('error', e => { errors.push(e); });
  request.on('error', e => { errors.push(e); });
  response.on('error', e => { errors.push(e); });
  outStream.on('error', e => { errors.push(e); });
  // Set content type and request status.
  response
   .set('Content-Type', mimeType(path))
   .status(200);
  // Hook input to output(s).
  const disconnect = inStream.pipe(outStream);
  try {
   // Resume our file stream, this causes the stream to switch to HTTP chunked encoding.
   // This will return a promise that will only resolve after the last byte (HTTP chunk) is written.
   await inStream.resume();
  } catch (e) {
   // Capture any errors that happen during the streaming.
   errors.push(e);
  }
  // Disconnect all the callbacks created by `.pipe()`.
  return disconnect();
 } catch(e) {
  // If an error occurred, push it to the array.
  errors.push(e);
  // Set the content type, status, and write a basic message.
  response
   .set('Content-Type', 'text/plain')
   .status(e.code || 500)
   .send(e.message || 'An error has occurred.');
 } finally {
  // Close the streams manually. This is important because we may run out of file handles otherwise.
  if (inStream)
   await inStream.close();
  if (outStream)
   await outStream.close();
  // Close the connection, has no real effect with keep-alive connections.
  await connection.close();
  // Grab the response's status.
  let status = response.status();
  // Determine what colour to output to the terminal.
  const statusColors = {
   '200': Bright + FgGreen, // Green for 200 (OK),
   '404': Bright + FgYellow, // Yellow for 404 (Not Found)
   '500': Bright + FgRed // Red for 500 (Internal Server Error)
  };
  let statusColor = statusColors[status];
  if (statusColor)
   status = statusColor + status + Reset;
  // Log the connection (and time to complete) to the console.
  console.log(`< #${FgCyan + connId + Reset} ${Bright + peer.address}:${peer.port + Reset} ${
   FgGreen + request.method + Reset} "${FgYellow}${path}${Reset}" ${status} ${(Date.now() * startTime)}ms` +
   (errors.length ? " " + FgRed + Bright + errors.map(error => error.message).join(', ') + Reset : Reset));
 }
});
/**
 * IP and port to listen on.
 */
const ip = '0.0.0.0', port = 3000;
/**
 * Whether or not to set the `reuse` flag. (optional, default=false)
 */
const portReuse = true;
/**
 * Maximum allowed concurrent connections. Default is 128 on my system. (optional, system specific)
 * @type {number}
 */
const maxConcurrentConnections = 1000;
/**
 * Bind the selected address and port.
 */
server.bind(ip, port, portReuse);
/**
 * Start listening to requests.
 */
server.listen(maxConcurrentConnections);
/**
 * Happy streaming!
 */
console.log(FgGreen + `Nexus.js HTTP server listening at ${ip}:${port}` + Reset);

基准

我想我已经涵盖了到目前为止所实现的一切。那么现在我们来谈谈性能。

这里是上诉Http服务器的当前基准，有100个并发连接和总共10000个请求：

This is ApacheBench, Version 2.3 <$Revision: 1796539 $>
Copyright 1996 Adam Twiss, Zeus Technology Ltd, http://www.zeustech.net/
Licensed to The Apache Software Foundation, http://www.apache.org/
Benchmarking localhost (be patient).....done
Server Software:    nexus.js/0.1.1
Server Hostname:    localhost
Server Port:      3000
Document Path:     /
Document Length:    8673 bytes
Concurrency Level:   100
Time taken for tests:  9.991 seconds
Complete requests:   10000
Failed requests:    0
Total transferred:   87880000 bytes
HTML transferred:    86730000 bytes
Requests per second:  1000.94 [#/sec] (mean)
Time per request:    99.906 [ms] (mean)
Time per request:    0.999 [ms] (mean, across all concurrent requests)
Transfer rate:     8590.14 [Kbytes/sec] received
Connection Times (ms)
       min mean[+/-sd] median  max
Connect:    0  0  0.1   0    1
Processing:   6  99 36.6   84   464
Waiting:    5  99 36.4   84   463
Total:     6 100 36.6   84   464
Percentage of the requests served within a certain time (ms)
 50%   84
 66%   97
 75%  105
 80%  112
 90%  134
 95%  188
 98%  233
 99%  238
 100%  464 (longest request)

每秒1000个请求。在一个老的i7上，上面运行了包括这个基准测试软件，一个占用了5G内存的IDE，以及服务器本身。

voodooattack@voodooattack:~$ cat /proc/cpuinfo 
processor  : 0
vendor_id  : GenuineIntel
cpu family : 6
model    : 60
model name : Intel(R) Core(TM) i7-4770 CPU @ 3.40GHz
stepping  : 3
microcode  : 0x22
cpu MHz   : 3392.093
cache size : 8192 KB
physical id : 0
siblings  : 8
core id   : 0
cpu cores  : 4
apicid   : 0
initial apicid : 0
fpu   : yes
fpu_exception  : yes
cpuid level : 13
wp   : yes
flags    : fpu vme de pse tsc msr pae mce cx8 apic sep mtrr pge mca cmov pat pse36 clflush dts acpi mmx fxsr sse sse2 ss ht tm pbe syscall nx pdpe1gb rdtscp lm constant_tsc arch_perfmon pebs bts rep_good nopl xtopology nonstop_tsc cpuid aperfmperf pni pclmulqdq dtes64 monitor ds_cpl vmx smx est tm2 ssse3 sdbg fma cx16 xtpr pdcm pcid sse4_1 sse4_2 x2apic movbe popcnt tsc_deadline_timer aes xsave avx f16c rdrand lahf_lm abm cpuid_fault tpr_shadow vnmi flexpriority ept vpid fsgsbase tsc_adjust bmi1 avx2 smep bmi2 erms invpcid xsaveopt dtherm ida arat pln pts
bugs    :
bogomips  : 6784.18
clflush size  : 64
cache_alignment : 64
address sizes  : 39 bits physical, 48 bits virtual
power management:

我尝试了1000个并发请求，但是APacheBench由于许多套接字被打开而超时。我尝试了httperf，这里是结果：

voodooattack@voodooattack:~$ httperf --port=3000 --num-conns=10000 --rate=1000
httperf --client=0/1 --server=localhost --port=3000 --uri=/ --rate=1000 --send-buffer=4096 --recv-buffer=16384 --num-conns=10000 --num-calls=1
httperf: warning: open file limit > FD_SETSIZE; limiting max. # of open files to FD_SETSIZE
Maximum connect burst length: 262
Total: connections 9779 requests 9779 replies 9779 test-duration 10.029 s
Connection rate: 975.1 conn/s (1.0 ms/conn, <=1022 concurrent connections)
Connection time [ms]: min 0.5 avg 337.9 max 7191.8 median 79.5 stddev 848.1
Connection time [ms]: connect 207.3
Connection length [replies/conn]: 1.000
Request rate: 975.1 req/s (1.0 ms/req)
Request size [B]: 62.0
Reply rate [replies/s]: min 903.5 avg 974.6 max 1045.7 stddev 100.5 (2 samples)
Reply time [ms]: response 129.5 transfer 1.1
Reply size [B]: header 89.0 content 8660.0 footer 2.0 (total 8751.0)
Reply status: 1xx=0 2xx=9779 3xx=0 4xx=0 5xx=0
CPU time [s]: user 0.35 system 9.67 (user 3.5% system 96.4% total 99.9%)
Net I/O: 8389.9 KB/s (68.7*10^6 bps)
Errors: total 221 client-timo 0 socket-timo 0 connrefused 0 connreset 0
Errors: fd-unavail 221 addrunavail 0 ftab-full 0 other 0

正如你看到的，它任然能工作。尽管由于压力，有些连接会超时。我仍在研究导致这个问题的原因。

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