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帶你了解Nodejs中的非阻塞異步IO

青灯夜游
發布: 2022-12-07 18:12:22
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這篇文章帶大家聊聊Node中的各種I/O模型,介紹一下Node的靈魂—非阻塞異步IO,希望對大家有幫助!

帶你了解Nodejs中的非阻塞異步IO

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我們以網路請求IO為例,首先介紹服務端處理一次完整的網路IO請求的典型流程:

帶你了解Nodejs中的非阻塞異步IO

應用程式獲得一個操作結果,通常包括兩個不同的階段:

  • 等待資料準備好

  • 從核心複製資料

recvfrom

#以下,我們以recvfrom

函數為例,解釋說明各種IO模型

阻塞式 I/O

模型(blocking I/O)

阻塞調用帶你了解Nodejs中的非阻塞異步IO是指在呼叫結果回傳之前,目前執行緒會被掛起,呼叫執行緒只有在等待系統核心層級

所有操作

完成之後,呼叫才會結束。

阻塞I/O造成了cpu的等待I/O,浪費了CPU的時間片。

帶你了解Nodejs中的非阻塞異步IO非阻塞式I/O模型(non-blocking I/O)

比起前者,非阻塞I/O不帶數據直接返回,要獲取數據,還需要透過檔案描述符再次嘗試讀取數據

#非阻塞調用

得到返回(並不是真實的期待資料)之後,CPU時間片可以用來處理其他的事情,可以明顯提升效能。

但是隨之而來的問題是,先前的操作並不是一次完整的I/O,返回得到的結果不是期望得到的業務數據,而只是非同步調用狀態。

為了獲取完整的數據,應用程式需要重複調用IO操作來確認操作是否已經完成,這種操作我們稱之為

輪詢

,常見的幾種輪詢策略如下

帶你了解Nodejs中的非阻塞異步IO

忙輪詢

這是最原始,也是效能最低的一種方式,透過重複呼叫來檢查I/O狀態達到取得完整資料的目的

優點:程式設計簡單

帶你了解Nodejs中的非阻塞異步IO#缺點:CPU一直耗費在輪詢上,同時影響伺服器效能,因為你輪詢之後伺服器還要進行作答

I/O複用模型(I/O multiplexing)

  • #在I/O 復用模型中,會用到Select 或Poll 函數或Epoll 函數(Linux 2.6 以後的核心開始支援),這兩個函數也會使進程阻塞,但是和阻塞I/O 有所不同。

    這三個函數可以同時阻塞多個I/O 操作,而且可以同時對多個讀取操作,多個寫入操作的I/O 函數進行偵測,直到有資料可讀或可寫入時,才真正呼叫I/O 操作函數。

    三種I/O復用機制的差異如下

    #select
  • 由於select採用1024長度的陣列來儲存檔案狀態,因此最多可以同時偵測1024個檔案描述子

    poll
# #比起select略有改進,採用鍊錶避免了1024的長度限制,並且能避免不需要的遍歷檢查,相比select性能稍有改善

epoll/ kqueue帶你了解Nodejs中的非阻塞異步IO

#########是linux下效率最高的I/O事件通知機制,輪詢時如果沒有偵測到I/O事件,將會進行###休眠## #,直到事件發生將執行緒喚醒。它是真正利用了事件通知,執行回調,而不是遍歷(檔案描述符)查詢,因此不會浪費CPU############

小結:本質上說,輪詢仍然是一種同步操作,因為應用程式仍然在等待I/O完全返回,等待期間要么遍歷檔案描述狀態,要么休眠等待事件的發生。

訊號驅動I/O模型(signal-driven I/O)

帶你了解Nodejs中的非阻塞異步IO

#在訊號驅動I/O 模型中,應用程式使用訊號驅動I/O,並安裝訊號處理函數,進程繼續運作並不阻塞。

當資料準備好時,程式會收到一個 SIGIO 訊號,可以在訊號處理函數中呼叫 I/O 操作函數處理資料。

小結:到此為止,訊號驅動式I/O模型是更符合我們的非同步需求的,程式會在等待資料的過程中非同步執行其他的業務邏輯。

但是! ! ! 在資料從核心複製到使用者空間過程中依然是阻塞的,並不能算是一場徹底的革命(非同步)。

理想中的(Node)非阻塞異步I/O

我們理想中的非同步I/O應該是應用程式發起非阻塞調用,無需透過輪詢的方式進行資料獲取,更沒有必要在資料拷貝階段進行無謂的等待,而是能夠在I/O完成之後,透過訊號或回調函數的方式傳遞給應用程序,在此期間應用程式可以執行其他業務邏輯。

帶你了解Nodejs中的非阻塞異步IO

實際的非同步I/O

實際上,linux平台下原生支援了非同步I/O(AIO),但目前AIO 並不完善,因此在Linux 下實現高並發網路程式設計時都是以I/O 復用模型為主。

而Windows 下透過 IOCP 實現了真正的非同步 I/O。

多執行緒模擬非同步I/O

linux平台下,Node利用執行緒池,透過讓部分執行緒進行阻塞I/O或非阻塞I/O 輪詢的方式完成資料獲取,讓某一個單獨的線程進行計算,透過線程之間的通信,將I/O結果進行傳遞,這樣便實現了異步I/O的模擬。

其實Windows平台下的IOCP非同步方案底層也是採用執行緒池的方式實現的,所不同的是,後者的執行緒池是由系統核心進行託管的。

我們常說Node是單執行緒的,但其實只能說是JS執行在單執行緒中,無論是*nix還是windows平台,底層都是利用執行緒池來完成I/O操作。

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以上是帶你了解Nodejs中的非阻塞異步IO的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章!

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來源:juejin.cn
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