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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以上が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。の詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。

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