web 前端开发 nodejs 基本原理 _ 前端培训

2022 年 2 月 24 日
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一. nodejs 背景

先来说说 nodejs 最常被提到的几个关键词，“单线程”，“非阻塞异步 IO”，“事件循环”。接下来主要来通过这几个关键字总结一下 nodejs 的内在原理，以及引申出的一些问题。

二. nodejs 是单线程吗？

如果说 nodejs 是单线程语言，可以想象一下，一个单实例的 nodejs 的服务器同时接受 100 个用户请求时，第 100 个用户的请求要等前面 99 的用户处理完成才能得到处理，前端培训如果每个用户的请求要 0.3 秒，第 100 个用户需要 30 秒的等待，这显然和我们的实际情况并不符合，所以说，nodejs 并不是单纯的单线程。

那为什么说 nodejs 是单线程语言呢？而是因为 nodejs 中 javascript 代码的执行是单线程，怎么理解这句话，看下面代码。

console.log('javascript start');

setTimeout(()=>{

console.log('javascript setTimeout');

}, 2000);

const now = Date.now();

while(Date.now() < now + 4000) {}

console.log('javascript end');

执行结果：

$ node index.js

javascript start

javascript end

javascript setTimeout

上面的代码中，setTimeout 的回调代码在 while 执行 4 秒期间，计时器已经是过了两秒的，而'javascript setTimeout'这一句打印却在'javascript end'之后，即使计时器在两秒后回调代码应该被执行时，因为 javascript 的线程处于非空闲状态，而不能输出'javascript setTimeout'，javascript 代码是单线程这样理解。

三. nodejs 的异步 IO

再拿上面的例子来看，当 100 个用户请求同时被接受到时，当需要 IO(网络 IO/文件 IO)操作时，单线程的 javascript 并不会停下来等待 IO 操作完成，而是“事件驱动”开始介入，javascript 执行线程继续执行未完的 javascript 代码，当执行完成后该线程处于空闲状态，可以看下面这一段代码示例。

// http.js

const http = require('http');

const fs = require('fs');

let num = 0;

http.createServer((req, res) => {

console.log('request id: %d, time:', num++, Date.now());

fs.readFile('./test.txt', ()=> {

res.end('response');

});

}).listen(9007, ()=>{

console.log('server start, 127.0.0.1:9007');

});

// req.js

const http = require('http');

for(let i=0; i<100; i++) {

http.get('http://127.0.0.1:9007', (res)=>{

res.on("data",(data)=>{

console.log('response time:', Date.now())

// console.log('data', data.toString())

})

}).on('error', (err)=>{

console.log('error', err);

})

}

node http.js // 启动服务器

node req.js // 发起 100 个请求

可以看出 100 个请求均是在请求返回之前非常短的时间都被得到了处理，而返回则均在请求之后，并非请求按接收顺序依次等待各个 IO 得到处理后依次返回。

四. 事件循环

说到事件循环，在上面的请求中，100 个请求的都在非常短的时间得到了处理，而后请求又各自得到了回复，可以思考一下，javascript 已经执行到了第 100 个请求，而第 1 个请求才得到回复，而第一个请求的栈信息没有丢失，说明第一个请求的请求栈信息被记录了，这一过程便是注册 IO 事件。

从上面注册事件后，事件循环得到激活，web前端培训对于上面代码中 fs.readFile 这个读文件 IO 则开始真正执行，而这时候 IO 的执行跟 javascript 代码的执行便没有关系了，由 nodejs 底层 libuv 提供的线程池接收该文件 IO 执行工作，该线程池默认大小为 4，可以通过环境变量 process.env.UV_THREADPOOL_SIZE 在启动的时候进行调整，但是最大不能超过 1024 个，有兴趣的可以查看线程池源码；由上可以看出 nodejs 内部实际是多进程并行工作的，而是利用事件循环做了封口处理。

再来说说事件循环，上面示例中 fs.readFile 读文件时，如何知道这个读操作完成了呢？可以思考一下，读操作是线程池来控制执行的，在该线程执行前，先在注册事件的内存中初始化一个状态是“执行中”，并且事件循环也已经被激活，开始轮询等待执行结果，当执行 IO 的线程在执行完之后，再通过底层的异步 IO 接口(epoll_wait/IOCP)进行通知到初始注册的任务队列内存进行变更状态，事件循环轮询到状态变成“已完成”，这时候在 IO 事件注册时注入的回调函数得到执行权，javascript 线程开始工作，整个异步过程完毕。