谈谈Node中的常见概念

2018-02-27 11:04:07来源:https://juejin.im/post/5a8e44ea5188257a8929bf9b作者:稀土掘金人点击

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在学习Node的过程中,我们要了解一些基础概念。什么是Node他又解决了哪些问题以及Node的特点。包括傻傻分不清的进程和线程,同步与异步,阻塞和非阻塞,以及Node中核心的(Event Loop)事件环的概念。


1.Node是什么?

Node.js是一个基于 Chrome V8 引擎的JavaScript运行环境(runtime),Node不是一门语言是让js运行在后端的运行时,并且不包括javascript全集,因为在服务端中不包含 DOM 和 BOM ,Node也提供了一些新的模块例如http,fs模块等。Node.js 使用了 事件驱动 、 非阻塞式 I/O 的模型,使其轻量又高效并且Node.js 的包管理器 npm,是全球最大的开源库生态系统。事件驱动与非阻塞IO后面我们会一一介绍。到此我们已经对node有了简单的概念。


2.Node解决了哪些问题?

Node在处理高并发,I/O密集场景有明显的性能优势


高并发,是指在同一时间并发访问服务器
I/O密集指的是文件操作、网络操作、数据库,相对的有CPU密集,CPU密集指的是逻辑处理运算、压缩、解压、加密、解密

Web主要场景就是接收客户端的请求读取静态资源和渲染界面,所以Node非常适合Web应用的开发。


3.进程与线程

进程是操作系统分配资源和调度任务的基本单位,线程是建立在进程上的一次程序运行单位,一个进程上可以有多个线程。


3.1 谈谈浏览器



用户界面-包括地址栏、前进/后退按钮、书签菜单等
浏览器引擎-在用户界面和呈现引擎之间传送指令(浏览器的主进程)
渲染引擎,也被称为浏览器内核(浏览器渲染进程)
一个插件对应一个进程(第三方插件进程)
GPU提高网页浏览的体验(GPU进程)

由此可见浏览器是多进程的,并且从我们的角度来看我们更加关心浏览器渲染引擎


3.2 渲染引擎

渲染引擎内部是多线程的,内部包含两个最为重要的线程ui线程和js线程。这里要特别注意ui线程和js线程是互斥的,因为JS运行结果会影响到ui线程的结果。ui更新会被保存在队列中等到js线程空闲时立即被执行。


3.3 其他线程
浏览器事件触发线程(用来控制事件循环,存放setTimeout、浏览器事件、ajax的回调函数)
定时触发器线程(setTimeout定时器所在线程)
异步HTTP请求线程(ajax请求线程)
3.4 js单线程

javascript在最初设计时设计成了单线程,为什么不是多线程呢?如果多个线程同时操作DOM那岂不会很混乱?这里所谓的单线程指的是主线程是单线程的,所以在Node中主线程依旧是单线程的。我们来张图看看单线程和多线程


tomcat,iis服务



node服务



单线程特点是节约了内存,并且不需要在切换执行上下文。而且单线程不需要管锁的问题,这里简单说下锁的概念。例如下课了大家都要去上厕所,厕所就一个,相当于所有人都要访问同一个资源。那么先进去的就要上锁。而对于node来说。下课了就一个人去厕所,所以免除了锁的问题!


4.队列和栈



队列
setTimeout(function(){
console.log(1)
})
setTimeout(function(){
console.log(2)
})
setTimeout(function(){
console.log(3)
})

当设置定时器时,会将定时器对应的回调函数依次的放到队列中,执行时按照放置的顺序依次执行。



function stack(){
console.log(1);
fn1();
function fn1(){
console.log(2);
fn2();
function fn2(){
console.log(3)
}
}
}
stack();

我们可以看到js是在全局的上下文中执行的,调用栈入栈的顺序是stack->fn1->fn2,当作用域销毁时先需要先销毁fn2->fn1->stack


5.浏览器中的Event Loop



1.所有同步任务都在主线程上执行,形成一个执行栈
2.主线程之外,还存在一个任务队列。只要异步任务有了运行结果,就在任务队列之中放置一个事件。
3.一旦执行栈中的所有同步任务执行完毕,系统就会读取任务队列,将队列中的事件放到执行栈中依次执行
4.主线程从任务队列中读取事件,这个过程是循环不断的

整个的这种运行机制又称为Event Loop(事件循环)


6.Node中的Event Loop

我们先来张图看看node是如何工作的





1.我们写的js代码会交给v8引擎进行处理
2.代码中可能会调用nodeApi,node会交给libuv库处理
3.libuv通过阻塞i/o和多线程实现了异步io
4.通过事件驱动的方式,将结果放到事件队列中,最终交给我们的应用。

在libuv内部有这样一个事件环机制。


┌───────────────────────┐
┌─>│timers │
|| 执行setTimeout以及 |
|| setInterval的回调。|
│└──────────┬────────────┘
│┌──────────┴────────────┐
││ I/O callbacks |
│| 处理网络、流、tcp的错误 |
|| callback|
│└──────────┬────────────┘
│┌──────────┴────────────┐
││ idle, prepare │
|| node内部使用 |
│└──────────┬────────────┘┌───────────────┐
│┌──────────┴────────────┐│ incoming: │
││ poll│<─────┤connections, │
|| 执行poll中的i/o队列|│ data, etc.|
|| 检查定时器是否到时|└───────────────┘
│└──────────┬────────────┘
│┌──────────┴────────────┐
││check│
|| 存放setImmediate回调 |
│└──────────┬────────────┘
│┌──────────┴────────────┐
└──┤close callbacks|
│ 关闭的回调例如 |
| sockect.on('close') |
└───────────────────────┘

这里每一个阶段都对应一个事件队列,当event loop执行到某个阶段时会将当前阶段对应的队列依次执行。当队列执行完毕或者执行的数量超过上线时,会转入下一个阶段。这里我们重点关注poll阶段


6.1 poll阶段



6.2 setTimeout 和 setImmediate

二者非常相似,但是二者区别取决于他们什么时候被调用.


setImmediate 设计在poll阶段完成时执行,即check阶段;
setTimeout 设计在poll阶段为空闲时,且设定时间到达后执行;但其在timer阶段执行 其二者的调用顺序取决于当前event loop的上下文,如果他们在异步i/o callback之外调用(在i/o内调用因为下一阶段为check阶段),其执行先后顺序是不确定的,需要看loop的执行前的耗时情况。
setTimeout(function timeout () {
console.log('timeout');
},0);
setImmediate(function immediate () {
console.log('immediate');
});
6.3 process.nextTick

nextTick并不属于事件循环的某个阶段,他的执行方式是在各个阶段切换的中间执行,来段恶心的代码


setImmediate(function(){
console.log(1);
process.nextTick(function(){
console.log(2);
});
});
process.nextTick(function(){
console.log(3);
setImmediate(function(){
console.log(4);
})
});
// 3 1 4 2

这里就不解释了,如果你懂了,说明就明白nextTick的执行时机了!(nextTick不要递归调用,否则后面阶段的callback将无法执行)


7.宏任务和微任务

任务可分为宏任务和微任务


macro-task(宏任务): setTimeout, setInterval, setImmediate, I/O
micro-task(微任务): process.nextTick, 原生Promise(有些实现的promise将then方法放到了宏任务中),Object.observe, MutationObserver
process.nextTick > promise.then > setTimeout > setImmediate

通过上面的学习我们知道了任务的执行顺序,要注意的是Promise.then方法被定义在了nextTick之后执行


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