[TOC] # 异步式I/O与事件式编程 Node.js最大的特点是异步式I/O（非阻塞I/O）与事件紧密结合的编程模式，此模式与传统同步式I/O线性的编程思维不同，因为控制流很大程度要依靠事件和回调函数来组织，一个逻辑要拆分为若干单元。 <br> # 阻塞与线程 什么是阻塞（block）呢？线程在执行中若遇到磁盘读写或网络通信（统称为I/O操作），通常要耗费较长的时间，此时操作系统会剥夺这个线程的CPU控制权，使其暂停执行，同时将资源让渡给其他工作线程，这种线程调度的方式称为阻塞。 当I/O操作完毕后，操作系统将这个线程的阻塞状态解除，恢复其对CPU的控制权，令其继续执行。这种I/O模式即传统的同步式I/O（Synchronous I/O）或阻塞式I/O（Blocking I/O）。 <br> 异步式I/O（Asynchronous I/O）或非阻塞式I/O（Non-blocking I/O）则针对所有I/O操作不采用阻塞的策略。当线程遇到I/O操作时，不会阻塞的方式等待I/O操作的完成或数据的返回，而只是将I/O请求发送给操作系统，继续执行下一条语句。当操作系统完成I/O操作时，以事件的形式通知执行I/O操作的线程，线程会在特定时候处理这个事件。为了处理异步I/O，线程必须有事件循环，不断地检查有没有未处理的事件，依次予以处理。 <br> 阻塞模式下，一个线程只能处理一项任务，要想提高吞吐量必须通过多线程。而非阻塞模式下，一个线程永远在执行计算操作，这个线程所使用的CPU核心利用率永远是100%，I/O以事件的方式通知。 <br> 在阻塞模式下，多线程往往能提高系统吞吐量，因为一个线程阻塞时还有其他线程在工作，多线程可让CPU资源不被阻塞中的线程浪费。而在非阻塞模式下，线程不会被I/O阻塞，永远在利用CPU。多线程带来的好处仅仅是在多核CPU的情况下利用更多的核，而Node.js的单线程也能带来同样的好处。这就是为什么Node.js使用单线、非阻塞的事件编程模型。 <br>  多线程同步式I/O <br>  单线程异步式I/O <br> 单线程事件驱动的异步式I/O比传统的多线程阻塞式I/O好在哪里呢？简而言之，异步式I/O就是少了多线程的开销。对操作系统来说，创建一个线程的代价是十分昂贵的，需要给它分配内存、列入调度，同时在线程切换时还需执行内存换页，CPU的缓存被清空，切换回来时还要重新从内存中读取数据，破坏了数据的局部性。  <br> # 事件循环机制 Node.js在什么时候会进入事件循环呢？Node.js程序由事件循环开始到事件循环结束，所有的逻辑都是事件的回调函数，所以Node.js始终在事件循环中，程序入口就是事件循环第一个事件的回调函数。事件的回调函数在执行过程中，可能会发出I/O请求或直接发射（emit）事件，执行完毕后再返回事件循环，事件循环会检查事件队列中有没有未处理的事件，直至程序结束。 <br>  事件循环机制 <br> Node.js没有显式的事件循环，它对开发者不可见，由libev库实现。libev支持多种类型的事件，如ev_io、ev_timer、ev_signal、ev_idle等，在Node.js中均被EventEmitter封装。libev事件循环的每一次迭代，在Node.js中就是一次Tick，libev不断检查是否有活动的、可供检测的事件监听器，直至检测不到时才退出事件循环，进程结束。 <br> # 单线程 Node.js保持了JS在浏览器中单线程的特点，在Node中JS与其余线程是无法共享任何状态的。单线程最大好处是不用像多线程编程那样处处在意状态的同步问题，这里没有死锁的存在，也没有线程上下文交换带来的性能上的开销。 <br> 同样，单线程也有自身的弱点，具体表现在 * 无法利用多核CPU * 错误会引起整个应用退出，应用的健壮性值得考验。 * 大量计算占用CPU导致无法继续调用异步I/O <br> 像浏览器中的JS与UI公用一个线程一样，JS长时间执行会导致UI的渲染和响应被中断。在Node中，长时间的CPU占用也会导致后续的异步I/O发不出调用，已完成的异步I/O的回调函数也会得不到及时执行。 最早解决这种大计算问题的方案是Google公司开发的Gears，它启用了一个完全能独立的进程，将需要计算的程序发送给这个进程，在结果得出后，通过事件将结果传递回来。这个模型将计算分发到其他进程上，以次来降低运算造成阻塞的几率。 <br> 后台H5制定了Web Workers的标准，Google放弃了Gears，全力支持Web Workers。Web Workers能够创建工作线程来进行计算，以解决JS大计算阻塞UI渲染的问题。工作线程为了不阻塞主线程，通过消息传递的方式来传递运行结果，这也使得工作进程不能访问主线程中的UI。 <br> Node采用了与Web Workers相同的思路来解决单线程中大量计算的问题（child_process）。子进程的出现，意味着Node可从容地应对单线程在健壮性和无法利用多核CPU方面的问题。通过将计算分发到各个子进程，可将大量计算分解掉，然后在通过进程之间的事件消息来传递结果，这可以很好地保持应用模型的简单和低依赖。通过Master-Worker的管理方式，也可很好地管理各个工作进程，以达到更高的健壮性。 关于如何通过子进程来充分利用硬件资源和提升应用的健壮性，这是一个值得探究的话题。 <br> <br> # 事件驱动模型 没有多线程额外工作，性能较高 每一个API都是异步执行，作为独立线程  <br> <br> # 事件处理流程 1. 引入event对象，创建eventEmitter对象 2. 绑定事件处理程序 3. 触发事件 ``` // 引入event对象，创建eventEmitter对象 var events = require('events') var eventEmitter = new events.EventEmitter() var connectHandler = function () { console.log('connected') } // 绑定事件处理程序 eventEmitter.on('connection', connectHandler ) // 触发事件 eventEmitter.emit('connection') console.log('程序执行完毕') ```