[TOC] # 異步式I/O與事件式編程 Node.js最大的特點是異步式I/O（非阻塞I/O）與事件緊密結合的編程模式，此模式與傳統同步式I/O線性的編程思維不同，因為控制流很大程度要依靠事件和回調函數來組織，一個邏輯要拆分為若干單元。 <br> # 阻塞與線程 什么是阻塞（block）呢？線程在執行中若遇到磁盤讀寫或網絡通信（統稱為I/O操作），通常要耗費較長的時間，此時操作系統會剝奪這個線程的CPU控制權，使其暫停執行，同時將資源讓渡給其他工作線程，這種線程調度的方式稱為阻塞。 當I/O操作完畢后，操作系統將這個線程的阻塞狀態解除，恢復其對CPU的控制權，令其繼續執行。這種I/O模式即傳統的同步式I/O（Synchronous I/O）或阻塞式I/O（Blocking I/O）。 <br> 異步式I/O（Asynchronous I/O）或非阻塞式I/O（Non-blocking I/O）則針對所有I/O操作不采用阻塞的策略。當線程遇到I/O操作時，不會阻塞的方式等待I/O操作的完成或數據的返回，而只是將I/O請求發送給操作系統，繼續執行下一條語句。當操作系統完成I/O操作時，以事件的形式通知執行I/O操作的線程，線程會在特定時候處理這個事件。為了處理異步I/O，線程必須有事件循環，不斷地檢查有沒有未處理的事件，依次予以處理。 <br> 阻塞模式下，一個線程只能處理一項任務，要想提高吞吐量必須通過多線程。而非阻塞模式下，一個線程永遠在執行計算操作，這個線程所使用的CPU核心利用率永遠是100%，I/O以事件的方式通知。 <br> 在阻塞模式下，多線程往往能提高系統吞吐量，因為一個線程阻塞時還有其他線程在工作，多線程可讓CPU資源不被阻塞中的線程浪費。而在非阻塞模式下，線程不會被I/O阻塞，永遠在利用CPU。多線程帶來的好處僅僅是在多核CPU的情況下利用更多的核，而Node.js的單線程也能帶來同樣的好處。這就是為什么Node.js使用單線、非阻塞的事件編程模型。 <br>  多線程同步式I/O <br>  單線程異步式I/O <br> 單線程事件驅動的異步式I/O比傳統的多線程阻塞式I/O好在哪里呢？簡而言之，異步式I/O就是少了多線程的開銷。對操作系統來說，創建一個線程的代價是十分昂貴的，需要給它分配內存、列入調度，同時在線程切換時還需執行內存換頁，CPU的緩存被清空，切換回來時還要重新從內存中讀取數據，破壞了數據的局部性。  <br> # 事件循環機制 Node.js在什么時候會進入事件循環呢？Node.js程序由事件循環開始到事件循環結束，所有的邏輯都是事件的回調函數，所以Node.js始終在事件循環中，程序入口就是事件循環第一個事件的回調函數。事件的回調函數在執行過程中，可能會發出I/O請求或直接發射（emit）事件，執行完畢后再返回事件循環，事件循環會檢查事件隊列中有沒有未處理的事件，直至程序結束。 <br>  事件循環機制 <br> Node.js沒有顯式的事件循環，它對開發者不可見，由libev庫實現。libev支持多種類型的事件，如ev_io、ev_timer、ev_signal、ev_idle等，在Node.js中均被EventEmitter封裝。libev事件循環的每一次迭代，在Node.js中就是一次Tick，libev不斷檢查是否有活動的、可供檢測的事件監聽器，直至檢測不到時才退出事件循環，進程結束。 <br> # 單線程 Node.js保持了JS在瀏覽器中單線程的特點，在Node中JS與其余線程是無法共享任何狀態的。單線程最大好處是不用像多線程編程那樣處處在意狀態的同步問題，這里沒有死鎖的存在，也沒有線程上下文交換帶來的性能上的開銷。 <br> 同樣，單線程也有自身的弱點，具體表現在 * 無法利用多核CPU * 錯誤會引起整個應用退出，應用的健壯性值得考驗。 * 大量計算占用CPU導致無法繼續調用異步I/O <br> 像瀏覽器中的JS與UI公用一個線程一樣，JS長時間執行會導致UI的渲染和響應被中斷。在Node中，長時間的CPU占用也會導致后續的異步I/O發不出調用，已完成的異步I/O的回調函數也會得不到及時執行。 最早解決這種大計算問題的方案是Google公司開發的Gears，它啟用了一個完全能獨立的進程，將需要計算的程序發送給這個進程，在結果得出后，通過事件將結果傳遞回來。這個模型將計算分發到其他進程上，以次來降低運算造成阻塞的幾率。 <br> 后臺H5制定了Web Workers的標準，Google放棄了Gears，全力支持Web Workers。Web Workers能夠創建工作線程來進行計算，以解決JS大計算阻塞UI渲染的問題。工作線程為了不阻塞主線程，通過消息傳遞的方式來傳遞運行結果，這也使得工作進程不能訪問主線程中的UI。 <br> Node采用了與Web Workers相同的思路來解決單線程中大量計算的問題（child_process）。子進程的出現，意味著Node可從容地應對單線程在健壯性和無法利用多核CPU方面的問題。通過將計算分發到各個子進程，可將大量計算分解掉，然后在通過進程之間的事件消息來傳遞結果，這可以很好地保持應用模型的簡單和低依賴。通過Master-Worker的管理方式，也可很好地管理各個工作進程，以達到更高的健壯性。 關于如何通過子進程來充分利用硬件資源和提升應用的健壯性，這是一個值得探究的話題。 <br> <br> # 事件驅動模型 沒有多線程額外工作，性能較高 每一個API都是異步執行，作為獨立線程  <br> <br> # 事件處理流程 1. 引入event對象，創建eventEmitter對象 2. 綁定事件處理程序 3. 觸發事件 ``` // 引入event對象，創建eventEmitter對象 var events = require('events') var eventEmitter = new events.EventEmitter() var connectHandler = function () { console.log('connected') } // 綁定事件處理程序 eventEmitter.on('connection', connectHandler ) // 觸發事件 eventEmitter.emit('connection') console.log('程序執行完畢') ```