NodeJS学习笔记

一.概述

Node.js 是一种建立在Google Chrome’s v8 engine上的 non-blocking (非阻塞）, event-driven （基于事件的） I/O平台.

以事件驱动为核心，单线程，单进程。Node.js 最大的特点就是采用异步式 I/O 与事件驱动的架构设计。对于高并发的解决方案，传统的架构是多线程模型，也就是为每个业务逻辑提供一个系统线程，通过系统线程切换来弥补同步式 I/O 调用时的时间开销。Node.js 使用的是单线程模型，对于所有 I/O 都采用异步式的请求方式，避免了频繁的上下文切换。Node.js 在执行的过程中会维护一个事件队列，程序在执行时进入事件循环等待下一个事件到来，每个异步式 I/O 请求完成后会被推送到事件队列，等待程序进程进行处理。事件驱动机制是Node.js通过内部单线程高效率地维护事件循环队列来实现的，没有多线程的资源占用和上下文切换，这意味着面对大规模的http请求，Node.js凭借事件驱动搞定一切。因为Node是基于事件驱动和无阻塞的，所以非常适合处理并发请求。可以通过运行多个Node.js进程的方式来有效利用多个CPU。

二.Node.js选择的异步I/O方案

1.在Linux下，node.js靠libev和libeio配合使用来实现异步I/O。

(1).什么是libev?

• libev是一个事件驱动库，提供高性能事件循环

• 主要用于事件驱动的网络编程

(2).什么是libeio?

libeio为C提供异步版本的POSIX API

• 主要提供文件I/O操作

• 异步操作通过线程实现

• libeio仅依赖pthread，跨平台能力非常好

• 可以和任何事件库配合使用，比如libev 。

(3).为什么不用libev实现异步文件操作？

对于Regular File 来说，是不能够用采用 poll/epoll 的，即O_NOBLOCK 方式对于传统文件句柄是无效的，也就是说我们的 open ,read, mkdir 之类的Regular File操作必定会导致阻塞.

2.Windows有一种独有的内核异步IO方案：IOCP。IOCP的思路是真正的异步I/O方案，调用异步方法，然后等待I/O完成通知。IOCP内部依旧是通过线程实现，不同在于这些线程由系统内核接手管理。IOCP的异步模型与Node.js的异步调用模型已经十分近似。

3.由于Windows平台和*nix平台的差异，Node.js提供了libuv来作为抽象封装层，使得所有平台兼容性的判断都由这一层次来完成，保证上层的Node.js与下层的libeio/libev及IOCP之间各自独立。Node.js在编译期间会判断平台条件，选择性编译unix目录或是win目录下的源文件到目标程序中。

对于 POSIX①操作系统，libuv 通过封装 libev 和 libeio 来利用 epoll 或 kqueue。而在 Windows 下，libuv 使用了 Windows 的 IOCP（Input/Output Completion Port，输入输出完成端口）机制，以在不同平台下实现同样的高性能。

① POSIX（Portable Operating System Interface）是一套操作系统 API 规范。一般而言，遵守 POSIX 规范的操作系统指的是 UNIX、Linux、Mac OS X 等。

下面是Node.JS架构示意图

三.异步式 I/O 与事件驱动

Node.js 的异步机制是基于事件的，所有的磁盘 I/O、网络通信、数据库查询都以非阻塞的方式请求，返回的结果由事件循环来处理。图1-1 描述了这个机制。Node.js 进程在同一时刻只会处理一个事件，完成后立即进入事件循环检查并处理后面的事件。这样做的好处是，CPU 和内存在同一时间集中处理一件事，同时尽可能让耗时的 I/O 操作并行执行。对于低速连接攻击，Node.js 只是在事件队列中增加请求，等待操作系统的回应，因而不会有任何多线程开销，很大程度上可以提高 Web 应用的健壮性，防止恶意攻击。

图1-1 事件循环

以在Windows平台下的实现中，启动Node.js时，便创建了一个基于IOCP的事件循环loop，并一直处于执行状态。

uv_run(uv_default_loop());

每次循环中，它会调用IOCP相关的GetQueuedCompletionStatus方法检查是否线程池中有执行完的请求，如果存在，poll操作会将请求对象加入到loop的pending_reqs_tail属性上。另一边这个循环也会不断检查loop对象上的pending_reqs_tail引用，如果有可用的请求对象，就取出请求对象的result属性作为结果传递给oncomplete_sym执行，以此达到调用JavaScript中传入的回调函数的目的。至此，整个异步I/O的流程完成结束。

事件循环和请求对象构成了Node.js的异步I/O模型的两个基本元素，这也是典型的消费者生产者场景。在Windows下通过IOCP的GetQueuedCompletionStatus、PostQueuedCompletionStatus、QueueUserWorkItem方法与事件循环实。对于*nix平台下，这个流程的不同之处在与实现这些功能的方法是由libeio和libev提供。