Nodejs のイベント ループ メカニズムの詳細については、こちらをご覧ください。

この記事では、nodejs イベント ループ メカニズムを理解します。一定の参考値があるので、困っている友達が参考になれば幸いです。

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Node.js はイベント駆動型の非同期 I/O を使用して、単一の-スレッド化された、同時実行性の高い JavaScript ランタイム環境、およびシングル スレッドとは、同時に実行できる処理が 1 つだけであることを意味します。では、Node.js はどのようにしてシングル スレッドを通じて高い同時実行性と非同期 I/O を実現するのでしょうか?この記事では、この問題に焦点を当てて、Node.js のシングルスレッド モデルについて説明します。

高同時実行戦略

一般に、高同時実行の解決策は、マルチスレッド モデルを提供することです。サーバーは、クライアントのリクエストごとにスレッドを割り当て、同期を使用します。 I/O の場合、システムはスレッド スイッチングを使用して、同期 I/O 呼び出しの時間オーバーヘッドを補います。たとえば、Apache にはこの戦略があり、一般に I/O には時間がかかるため、高いパフォーマンスを実現するのは困難ですが、非常にシンプルで複雑な対話ロジックを実装できます。

実際、ほとんどの Web サイトのサーバー側では、あまり多くの計算は行わず、リクエストを受信した後、そのリクエストを他のサービスに渡して処理 (データベースの読み取りなど) を行い、結果を返し、最後に結果をクライアントに送信します。そこで、Node.js では、アクセス要求ごとにスレッドを割り当てるのではなく、メインスレッドですべての要求を処理し、I/O 操作を非同期で処理するシングルスレッド モデルを採用しています。により、スレッドの作成、破棄、切り替えに必要なオーバーヘッドと複雑さが回避されます。

イベント ループ

Node.js は、メイン スレッドで イベント キューを維持します。リクエストが受信されると、リクエストは An として扱われます。イベントはこのキューに配置され、引き続き他のリクエストを受信します。メインスレッドがアイドル状態 (アクセス要求がないとき) に、イベント キューの循環を開始し、キュー内に処理すべきイベントがあるかどうかを確認します。タスクを個別に処理してコールバックします。関数は上位層の呼び出しに戻ります。I/O タスクの場合は、スレッド プール からスレッドを取り出してイベントを処理し、コールバックを指定します関数を実行し、キュー内の他のイベントを循環し続けます。

スレッド内の I/O タスクが完了すると、指定されたコールバック関数が実行され、完了したイベントがイベント キューの最後に配置され、イベント ループを待ちます。再度イベントに送信すると、直接処理されて上位層の呼び出しに返されます。この処理を イベント ループ (イベント ループ)と呼び、その動作原理を次の図に示します。

この図は、イベント ループの動作原理です。 Node.js 全体は、左から右、上から下の順に、アプリケーション レイヤー、V8 エンジン レイヤー、Node API の 4 つのレイヤーに分割されます。レイヤーとLIBUVレイヤー。

アプリケーション層: つまり、JavaScript インタラクション層です。最も一般的なものは、http、fs

V8 エンジン層などの Node.js モジュールです。 、V8 エンジンを使用して JavaScript 構文を解析し、下位 API

NodeAPI レイヤーと対話します。通常は C 言語で実装される上位モジュールに、オペレーティング システムと対話するためのシステム コールを提供します。

LIBUV レイヤー: イベント ループ、ファイル操作などを実装するクロスプラットフォームの最下位カプセル化であり、Node.js の非同期実装の中核です。

Linux プラットフォームであっても Windows プラットフォームであっても、Node.js は スレッド プール を通じて内部的に非同期 I/O 操作を完了し、LIBUV はプラットフォームごとに異なるユニファイド コールで実装されます。 。したがって、Node.js のシングル スレッドは、JavaScript がシングル スレッドで実行されることを意味するだけであり、Node.js がシングル スレッドであることを意味するわけではありません。

動作原理

Node.js の非同期実装の核心はイベントです。つまり、各タスクを イベント として扱います。イベント ループを介して処理することで、非同期効果がシミュレートされます この事実をより具体的かつ明確に理解して受け入れるために、疑似コードを使用してその動作原理を説明しましょう。

[1] イベント キューの定義

キューなので先入れ先出し (FIFO) データ構造であり、JS を使用します。これを説明するには、次のように配列を使用します。

/**
 * 定义事件队列
 * 入队：push()
 * 出队：shift()
 * 空队列：length == 0
 */
globalEventQueue: []

配列を使用してキュー構造をシミュレートします。配列の最初の要素はキューの先頭であり、配列の最後の要素はキューの末尾です。 Push()はキューの最後尾に要素を挿入すること、shift()はキューの先頭から要素をポップすることです。これは単純なイベント キューを実装します。

【2】定義受信リクエストエントリ

各リクエストは、以下に示すようにインターセプトされ、処理関数に入力されます。

/**
 * 接收用户请求
 * 每一个请求都会进入到该函数
 * 传递参数request和response
 */
processHttpRequest:function(request,response){
    
    // 定义一个事件对象
    var event = createEvent({
        params:request.params, // 传递请求参数
        result:null, // 存放请求结果
        callback:function(){} // 指定回调函数
    });

    // 在队列的尾部添加该事件   
    globalEventQueue.push(event);
}

这个函数很简单，就是把用户的请求包装成事件，放到队列里，然后继续接收其他请求。

【3】定义 Event Loop

当主线程处于空闲时就开始循环事件队列，所以我们还要定义一个函数来循环事件队列：

/**
 * 事件循环主体，主线程择机执行
 * 循环遍历事件队列
 * 处理非IO任务
 * 处理IO任务
 * 执行回调，返回给上层
 */
eventLoop:function(){
    // 如果队列不为空，就继续循环
    while(this.globalEventQueue.length > 0){
        
        // 从队列的头部拿出一个事件
        var event = this.globalEventQueue.shift();
        
        // 如果是耗时任务
        if(isIOTask(event)){
            // 从线程池里拿出一个线程
            var thread = getThreadFromThreadPool();
            // 交给线程处理
            thread.handleIOTask(event)
        }else {
            // 非耗时任务处理后，直接返回结果
            var result = handleEvent(event);
            // 最终通过回调函数返回给V8，再由V8返回给应用程序
            event.callback.call(null,result);
        }
    }
}

主线程不停的检测事件队列，对于 I/O 任务，就交给线程池来处理，非 I/O 任务就自己处理并返回。

【4】处理 I/O 任务

线程池接到任务以后，直接处理IO操作，比如读取数据库：

/**
 * 处理IO任务
 * 完成后将事件添加到队列尾部
 * 释放线程
 */
handleIOTask:function(event){
    //当前线程
    var curThread = this; 

    // 操作数据库
    var optDatabase = function(params,callback){
        var result = readDataFromDb(params);
        callback.call(null,result)
    };
    
    // 执行IO任务
    optDatabase(event.params,function(result){
        // 返回结果存入事件对象中
        event.result = result; 

        // IO完成后，将不再是耗时任务
        event.isIOTask = false; 
        
        // 将该事件重新添加到队列的尾部
        this.globalEventQueue.push(event);
        
        // 释放当前线程
        releaseThread(curThread)
    })
}

当 I/O 任务完成以后就执行回调，把请求结果存入事件中，并将该事件重新放入队列中，等待循环，最后释放当前线程，当主线程再次循环到该事件时，就直接处理了。

总结以上过程我们发现，Node.js 只用了一个主线程来接收请求，但它接收请求以后并没有直接做处理，而是放到了事件队列中，然后又去接收其他请求了，空闲的时候，再通过 Event Loop 来处理这些事件，从而实现了异步效果，当然对于IO类任务还需要依赖于系统层面的线程池来处理。

因此，我们可以简单的理解为：Node.js 本身是一个多线程平台，而它对 JavaScript 层面的任务处理是单线程的。

CPU密集型是短板

至此，对于 Node.js 的单线程模型，我们应该有了一个简单而又清晰的认识，它通过事件驱动模型实现了高并发和异步 I/O，然而也有 Node.js 不擅长做的事情：

上面提到，如果是 I/O 任务，Node.js 就把任务交给线程池来异步处理，高效简单，因此 Node.js 适合处理I/O密集型任务。但不是所有的任务都是 I/O 密集型任务，当碰到CPU密集型任务时，即只用CPU计算的操作，比如要对数据加解密(node.bcrypt.js)，数据压缩和解压(node-tar)，这时 Node.js 就会亲自处理，一个一个的计算，前面的任务没有执行完，后面的任务就只能干等着 。如下图所示：

在事件队列中，如果前面的 CPU 计算任务没有完成，后面的任务就会被阻塞，出现响应缓慢的情况，如果操作系统本身就是单核，那也就算了，但现在大部分服务器都是多 CPU 或多核的，而 Node.js 只有一个 EventLoop，也就是只占用一个 CPU 内核，当 Node.js 被CPU 密集型任务占用，导致其他任务被阻塞时，却还有 CPU 内核处于闲置状态，造成资源浪费。

因此，Node.js 并不适合 CPU 密集型任务。

适用场景

RESTful API - 请求和响应只需少量文本，并且不需要大量逻辑处理， 因此可以并发处理数万条连接。

聊天服务 - 轻量级、高流量，没有复杂的计算逻辑。

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