Node.js开发指南（二）异步式 I/O 与事件式编程

迈不过友情╰ 2022-02-16 12:58 168阅读 0赞

Node.js 最大的特点就是异步式 I/O（或者非阻塞 I/O）与事件紧密结合的编程模式。这 种模式与传统的同步式 I/O 线性的编程思路有很大的不同，因为控制流很大程度上要靠事件 和回调函数来组织，一个逻辑要拆分为若干个单元。

什么是阻塞（block）呢？线程在执行中如果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，这时操作系统会剥夺这个线程的 CPU 控制权，使其暂停执行，同 时将资源让给其他的工作线程，这种线程调度方式称为 阻塞。当 I/O 操作完毕时，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 模式就是通 常的同步式 I/O（Synchronous I/O）或阻塞式 I/O （Blocking I/O）。

相应地，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，不会以阻塞的方式等待 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。

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。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，多线程可以让 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 使用了单 线程、非阻塞的事件编程模式。

图3-3 和图3-4 分别是多线程同步式 I/O 与单线程异步式 I/O 的示例。假设我们有一项工 作，可以分为两个计算部分和一个 I/O 部分，I/O 部分占的时间比计算多得多（通常都是这 样）。如果我们使用阻塞 I/O，那么要想获得高并发就必须开启多个线程。而使用异步式 I/O 时，单线程即可胜任。

![单线程与多线程][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3podW9nYW5saXdhbmppbg_size_16_color_FFFFFF_t_70]

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 究竟好在哪里呢？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，同时在线程切换的时候还要执行内存换页，CPU 的缓存被 清空，切换回来的时候还要重新从内存中读取信息，破坏了数据的局部性。

当然，异步式编程的缺点在于不符合人们一般的程序设计思维，容易让控制流变得晦涩 难懂，给编码和调试都带来不小的困难。习惯传统编程模式的开发者在刚刚接触到大规模的异 步式应用时往往会无所适从，但慢慢习惯以后会好很多。

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