Pourquoi Elixir est-il meilleur que Node.js pour le traitement asynchrone ?

Réponse simple : Node.js est monothread et divise ce seul thread pour simuler la concurrence, tandis qu'Elixir profite de la concurrence et du parallélisme, natifs, de BEAM, la machine virtuelle d'Erlang, pour exécuter des processus simultanément.

Ci-dessous, nous comprendrons cette différence plus en profondeur, en explorant deux concepts clés : la boucle d'événements Node.js et la VM BEAM et l'OTP d'Elixir. Ces éléments sont cruciaux pour comprendre comment chaque technologie gère l'exécution de tâches asynchrones et comment cela affecte les performances et l'évolutivité dans différentes applications.

1. Qu'est-ce que la boucle d'événements ?

Node.js fonctionne sur un seul thread principal et utilise un mécanisme appelé boucle d'événement pour gérer les opérations asynchrones. Le concept de base est qu'il vérifie les tâches en attente à traiter, telles que les opérations d'E/S, les promesses et les rappels, et les exécute lorsqu'elles sont prêtes.

1.1 Comment cela fonctionne en pratique :

Lorsqu'une opération asynchrone est initiée (par exemple, une requête vers une API par exemple), elle est déléguée à libuv. Pendant ce temps, la boucle d'événements continue d'accepter d'autres connexions.
Lorsque l'opération asynchrone se termine, libuv renvoie le résultat dans la file d'attente des événements, puis la boucle d'événements place le rappel associé à l'opération, sur la pile d'appels.

1.2 Limites de la boucle d'événements :

• Si une tâche chronophage ou gourmande en CPU se trouve sur la pile d'appels, elle peut bloquer le traitement d'autres opérations, réduisant ainsi l'efficacité.

• La concurrence est limitée car tout s'exécute sur un seul thread principal.

2. Machine virtuelle BEAM et OTP

Elixir est construit sur la VM BEAM, la même machine virtuelle qui alimente Erlang, connue pour sa capacité à gérer une concurrence et une résilience élevées. Contrairement à Node.js, Elixir ne dépend pas d'un seul thread. Au lieu de cela, il utilise des processus extrêmement légers et isolés gérés par BEAM.

2.1 Comment cela fonctionne en pratique :

• Chaque processus dans Elixir est indépendant, ce qui signifie qu'ils ne partagent pas de mémoire et ne se bloquent pas.
• Ces processus sont gérés par BEAM, qui peut créer et gérer des millions de processus simultanément, répartissant la charge entre tous les cœurs de processeur disponibles.
• De plus, Elixir est livré avec OTP (Open Telecom Platform), qui fournit un ensemble de bibliothèques et d'outils pour créer des systèmes robustes et distribués.

2.2 Avantages de BEAM et OTP :

• Évolutivité : BEAM peut distribuer les processus sur tous les cœurs de processeur, maximisant ainsi l'utilisation des ressources.
• Résilience : si un processus échoue, cela n'affecte pas les autres processus. Cela vous permet de créer des systèmes tolérants aux pannes.
• Concurrence réelle : contrairement à la boucle d'événements, qui est limitée à un seul thread, Elixir peut exécuter des processus véritablement en parallèle, en exploitant plusieurs cœurs de processeur.

3. Comparaison de Node.js et Elixir en pratique

Imaginons un serveur qui doit gérer des milliers de connexions simultanées, chacune effectuant des opérations asynchrones et des traitements lourds et plus longs.

3.1 Avec Node.js :

• Le serveur est efficace jusqu'à un certain point, mais à mesure que les opérations lourdes s'accumulent, la boucle des événements commence à être submergée. Bien qu'une bonne utilisation des ressources disponibles dans JS et Node puisse beaucoup aider en termes de performances : comme l'utilisation correcte de async/wait et/ou then/catch et des ressources intégrées tel que le nœud lib: cluster
• Cela peut entraîner des retards dans la réponse aux nouvelles connexions, ce qui entraîne une baisse significative des performances.

3.2 Avec Elixir :

• Chaque connexion peut être gérée par un processus distinct. Les opérations d'E/S, les calculs et même les pannes peuvent être gérés de manière isolée.
• BEAM répartit efficacement la charge, garantissant que le système continue de fonctionner sans problèmes majeurs, même en cas de forte demande.
• Si nécessaire, il est possible de communiquer entre les processus via message.
• Moteur de planification préemptive BEAM.

Conclusion

Node.js est un excellent outil pour de nombreuses applications, en particulier celles qui traitent des opérations asynchrones simples et ne nécessitent pas de traitement CPU lourd. Cependant, son modèle de concurrence basé sur un seul thread peut constituer un goulot d'étranglement dans des scénarios plus complexes.

Elixir, avec BEAM VM et la prise en charge native des processus légers et de la concurrence massive, offre une alternative robuste et efficace pour les systèmes qui doivent gérer un grand nombre d'opérations simultanées et répartir la charge entre plusieurs CPU threads . Si vous avez besoin de résilience, d'évolutivité et d'une concurrence élevée, Elixir est le choix.

Bien que le titre de cet article soit audacieux en suggérant qu'Elixir et BEAM surpassent Node.js en termes de traitement asynchrone, il est important de reconnaître qu'il existe des différences significatives entre ces technologies. La décision concernant celui à utiliser doit prendre en compte divers facteurs, et pas seulement la concurrence et le parallélisme évoqués ici. Des aspects tels que l'écosystème, la familiarité de l'équipe avec le langage, les exigences spécifiques du projet et la nature des tâches à effectuer jouent un rôle crucial dans le choix du meilleur outil pour le travail. Après tout, chaque scénario a ses particularités, et le choix de la technologie doit être fait dans une vision holistique, en tenant compte de tous les besoins et défis du projet.

Bibliographie

Sujets :

Les threads sont les plus petites unités d'exécution d'un programme. Sur de nombreux systèmes d'exploitation, un processus peut contenir plusieurs threads, chacun exécutant une partie différente du programme. Les threads peuvent partager de la mémoire et des ressources, mais cela peut entraîner des problèmes de concurrence tels que des conditions de concurrence.

Concours:

La concurrence est la capacité d'un système à gérer plusieurs tâches en même temps. Dans un système concurrent, plusieurs tâches peuvent progresser indépendamment même si elles ne s’exécutent pas simultanément. BEAM, par exemple, gère des processus concurrents qui fonctionnent de manière indépendante.

Boucle d'événement :

La boucle d'événements est un modèle de conception utilisé dans des systèmes comme Node.js pour gérer les opérations asynchrones. Il fonctionne dans un seul thread, exécutant les tâches de manière cyclique, répondant aux événements tels que les E/S et les exécutions asynchrones, garantissant que le programme continue de répondre en attendant de longues opérations.

Parallélisme:

Le parallélisme est l'exécution simultanée de plusieurs tâches sur différents cœurs de processeur. Contrairement à la concurrence, qui fait référence à la gestion de tâches concurrentes, le parallélisme implique l’exécution de ces tâches en même temps. BEAM distribue les processus sur plusieurs cœurs pour maximiser le parallélisme.

Processus légers :

Dans BEAM, les processus légers sont des unités d'exécution qui sont beaucoup plus efficaces en mémoire et en CPU que les threads traditionnels. Ils sont isolés les uns des autres et gérés par BEAM, ce qui permet de créer et de gérer des millions de processus simultanés.

Planification préventive :

La planification préemptive est un système de gestion d'exécution dans lequel le système d'exploitation ou la machine virtuelle attribue des tranches de temps à chaque processus, garantissant qu'aucun processus ne monopolise le processeur. Chez BEAM, cela garantit que tous les processus ont une chance d'être exécutés équitablement.

Machine virtuelle BEAM :

BEAM (Erlang Abstract Machine de Bogdan/Björn) est la machine virtuelle qui exécute le code Erlang et Elixir. Il est connu pour sa capacité à gérer efficacement des processus légers, en prenant en charge une concurrence et un parallélisme massifs, ainsi qu'en offrant une tolérance aux pannes.

OTP (Plateforme Télécom Ouverte) :

OTP est un ensemble de bibliothèques et de modèles de conception fournis avec Erlang et Elixir. Il fournit des outils pour créer des systèmes simultanés, distribués et tolérants aux pannes, facilitant ainsi le développement d'applications robustes et évolutives.

libuv

est une bibliothèque multiplateforme qui prend en charge les opérations d'E/S asynchrones dans Node.js. Il est responsable de la mise en œuvre de la boucle d'événements et de l'abstraction des fonctionnalités du système d'exploitation, telles que les opérations réseau, le système de fichiers et les threads. libuv permet à Node.js d'exécuter efficacement des tâches asynchrones dans un seul thread, en utilisant un pool de threads interne pour bloquer les opérations, garantissant ainsi la continuité de la boucle d'événements principale.

Opérations d'E/S

Les opérations d'E/S (Entrée/Sortie) font référence à toute interaction entre un programme et le monde extérieur, comme la lecture ou l'écriture dans des fichiers, la communication avec des périphériques matériels ou l'échange de données sur le réseau. Ces opérations peuvent prendre du temps et, sur de nombreux systèmes, sont effectuées de manière asynchrone pour éviter que le programme ne se bloque en attendant la fin de l'opération.

Références

ERLANG. La brève introduction à BEAM. Erlang Blog, 2020. Disponible sur : https://www.erlang.org/blog/a-brief-beam-primer/. Consulté le : 29 août. 2024.

ERLANG. Premiers pas avec Erlang [PDF]. Erlang.org. Disponible sur : https://erlang.org/download/erlang-book-part1.pdf. Consulté le : 29 août. 2024.

NODE.MÉDECINS. Un guide animé de la boucle d'événements Node.js. Dev.to, 2021. Disponible sur : https://dev.to/nodedoctors/an-animated-guide-to-nodejs-event-loop-3g62. Consulté le : 29 août. 2024.

NODE.MÉDECINS. Phases de boucle d'événements Node.js animées. Dev.to, 2022. Disponible sur : https://dev.to/nodedoctors/animated-nodejs-event-loop-phases-1mcp. Consulté le : 29 août. 2024.

NODE.JS. Grappe. Node.js, 2023. Disponible sur : https://nodejs.org/api/cluster.html. Consulté le : 29 août. 2024.

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