node.js - 既然nodejs是单线程的，那么它怎么处理并发，难道要排队么

Question

既然nodejs是单线程的，那么它怎么处理并发，难道要排队么

Answer 1

你不妨先思考一个问题：
在单核时代，PHP之类多线程或者多进程的，是怎么处理并发的？是排队吗？

答案是：的确就是排队。但是并不是一定要处理完请求1才能去处理请求2：实际上请求的处理过程中，有很多的时间是耗在IO等其他地方，这时可以切换去处理其他请求，把等待的时间可以充分利用起来，达到更高的吞吐量。切换调度的策略是线程库，或者OS实现的，由于每个进程/线程需要占用不少资源（典型的是内存，一个线程通常需要2M的栈空间），更重要的是，线程/进程切换时的开销是非常大的。

既然如此，为何不让线程自己来管理呢？于是大家都开始用select/poll了，由于减少了上面说到的开销，吞吐量显著提高。这就是所谓的IO多路复用。但是大家用着用着，发现并发到了一定量级又上不去了怎么办？这就是所谓的c10k problem了。

经查，发现是select用O(n)的效率不断地去查看那些fd，效率太低。于是Linux供出了epoll，bsd供出了kqueue，windows供出了IOCP，通过在内核中提供callback机制的方式，epoll在内部使用RBTree把O(n)降到了O(logn)（感谢鱼丸粗面纠正）。于是并发量就上去了。

大家熟知的libevent/libev基本上就是把不同系统的类似机制封装好，为上层提供一个统一的接口，方便开发和移植。这个还有个装逼的说法叫做reactor模式。

最后回到你的问题，nodejs的确就是排队的。关键在于怎么在排队的时候充分利用插队策略来达到最高的效率。nodejs内部的实现我没有具体了解，不过应当是使用类似协程这样的技术，在需要阻塞的地方，从底层入手引入调度机制，从而使得上层看起来似乎仍然是同步、阻塞的(感谢@TonySeek的指正，nodejs用的是callback套callback的方式，详见评论；我说的那个是python+gevent的实现方式) 。

扩展一下，对于如何充分利用多核来提高效率的问题，答案就是：多开几个进程（补充：这里特指针对单进程而言；而且并不是进程越多越好，一般而言与CPU线程数相当为佳）。

Answer 2

其实现在的异步模型大同小异，大致过程如下（分三层）：

1.（最重要的）维护一个事件反应堆，用epoll或者select或者kqueue来做，反应堆的作用就是用同步的方式处理异步问题，在反应堆上注册好事件后如果相应的事件发生，就调用其回调函数，一般情况下反应堆是一个进程内全局唯一的。

2.上层的buffer，维护一系列的buffer用于管理每一个连接的数据，可以把buffer看做是一个对象。一般在一个连接到达的时候分配一个buffer对象，然后上层的连接注册事件的时候是注册到buffer上，buffer再注册到反应堆中。

3.就是一个个的连接对象，把每一个来自外部的连接都抽象为一个具体的对象，用于管理每一个连接，其中这个对象就包含了上面所说的buffer对象和其他一些状态。

处理并发的过程就是这样的：

1.为监听套接口在反应堆注册一个事件，此事件发生调用对应的回调，一般情况是accept这个连接，然后为这个连接创建连接对象，统一管理。

2.为此连接创建buffer对象，并注册对应的读写错误事件的回调（上层对于buffer的读写事件回调都是业务层来控制的了）.

3.（所谓的排队机制也不是完全正确）在加入监听队列后是离散的，准确来说epoll中是由一颗红黑树维护的，每一个事件的先后顺序跟它达到的顺序有关。

4.维护了众多的连接对象，也就是这里的并发情况了，如果有事件发生会调用回调来处理，理论上无阻塞情况减少了很多CPU的wait，这部分时间用于处理真正的业务，所以异步模型能够带来很高的CPU处理能力，减少等待，单位时间处理的事件越多，从外部来看并发就很高，实际上也是一个串行的工作状态，但是串行过程没有等待。

Answer 3

对于node可以从process.nextTick()入手看

Answer 4

既然是单线程异步，那么只能对IO密集型的业务能显著提高并发，对CPU密集型业务没有太大优势。

Answer 5

在node.js里面只有你写的代码是单线程的，其内部并不是单线程的，只是它实现了这个机制，让用户写的代码都是单线程的。推荐篇文章给你： Node is Not Single Threaded

Answer 6

参考Node.js开发指南

Answer 7

可以看下这往篇文章