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Node.js事件循環(huán)（Event Loop）和線程池詳解

更新時(shí)間：2015年01月28日 17:27:14 投稿：junjie

這篇文章主要介紹了Node.js事件循環(huán)（Event Loop）和線程池詳解,這篇文章比較淺顯地探討了有關(guān)事件循環(huán)的內(nèi)部運(yùn)作機(jī)制和技術(shù)細(xì)節(jié),都是經(jīng)過(guò)深思熟慮的,需要的朋友可以參考下

Node的“事件循環(huán)”（Event Loop）是它能夠處理大并發(fā)、高吞吐量的核心。這是最神奇的地方，據(jù)此Node.js基本上可以理解成“單線程”，同時(shí)還允許在后臺(tái)處理任意的操作。這篇文章將闡明事件循環(huán)是如何工作的，你也可以感受到它的神奇。

事件驅(qū)動(dòng)編程

理解事件循環(huán)，首先要理解事件驅(qū)動(dòng)編程（Event Driven Programming）。它出現(xiàn)在1960年。如今，事件驅(qū)動(dòng)編程在UI編程中大量使用。JavaScript的一個(gè)主要用途是與DOM交互，所以使用基于事件的API是很自然的。

簡(jiǎn)單地定義：事件驅(qū)動(dòng)編程通過(guò)事件或狀態(tài)的變化來(lái)進(jìn)行應(yīng)用程序的流程控制。一般通過(guò)事件監(jiān)聽(tīng)實(shí)現(xiàn)，一旦事件被檢測(cè)到（即狀態(tài)改變）則調(diào)用相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)。聽(tīng)起來(lái)很熟悉？其實(shí)這就是Node.js事件循環(huán)的基本工作原理。

如果你熟悉客戶端JavaScript的開(kāi)發(fā)，想一想那些.on*()方法，如element.onclick()，他們用來(lái)與DOM元素相結(jié)合，傳遞用戶交互。這個(gè)工作模式允許在單個(gè)實(shí)例上觸發(fā)多個(gè)事件。Node.js通過(guò)EventEmitter（事件發(fā)生器）觸發(fā)這種模式，如在服務(wù)器端的Socket和 “http”模塊中?？梢詮囊粋€(gè)單一實(shí)例觸發(fā)一種或一種以上的狀態(tài)改變。

另一種常見(jiàn)的模式是表達(dá)成功succeed和失敗fail。現(xiàn)在一般有兩種常見(jiàn)的實(shí)現(xiàn)方式。首先是將“Error異?！眰魅牖卣{(diào)，一般作為第一個(gè)參數(shù)傳遞給回調(diào)函數(shù)。第二種即使用Promises設(shè)計(jì)模式，已經(jīng)加入了ES6。注* Promise模式采用類似jQuery的函數(shù)鏈?zhǔn)綍?shū)寫(xiě)方式，以避免深層次的回調(diào)函數(shù)嵌套，如：

復(fù)制代碼代碼如下:

$.getJSON('/getUser').done(successHandler).fail(failHandler)

“fs”（filesystem）模塊大多采用往回調(diào)中傳入異常的風(fēng)格。在技術(shù)上觸發(fā)某些調(diào)用，例如fs.readFile()附加事件，但該API只是為了提醒用戶，用來(lái)表達(dá)操作成功或失敗。選擇這樣的API是出于架構(gòu)的考慮，而非技術(shù)的限制。

一個(gè)常見(jiàn)的誤解是，事件發(fā)生器（event emitters）在觸發(fā)事件時(shí)也是天生異步的，但這是不正確的。下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的代碼片段，以證明這一點(diǎn)。

復(fù)制代碼代碼如下:

function MyEmitter() {
EventEmitter.call(this);
}
util.inherits(MyEmitter, EventEmitter);

MyEmitter.prototype.doStuff = function doStuff() {
console.log('before')
emitter.emit('fire')
console.log('after')}
};

var me = new MyEmitter();
me.on('fire', function() {
console.log('emit fired');
});

me.doStuff();
// 輸出:
// before
// emit fired
// after

注* 如果 emitter.emit 是異步的，則輸出應(yīng)該為
// before
// after
// emit fired

EventEmitter經(jīng)常表現(xiàn)地很異步，因?yàn)樗?jīng)常用于通知需要異步完成的操作，但EventEmitter API本身是完全同步的。監(jiān)聽(tīng)函數(shù)內(nèi)部可以按異步執(zhí)行，但請(qǐng)注意，所有的監(jiān)聽(tīng)函數(shù)將按被添加的順序同步執(zhí)行。

機(jī)制概述和線程池

Node本身依賴多個(gè)庫(kù)。其中之一是libuv，神奇的處理異步事件隊(duì)列和執(zhí)行的庫(kù)。

Node利用盡可能多的利用操作系統(tǒng)內(nèi)核實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有的功能。像生成響應(yīng)請(qǐng)求(request)，轉(zhuǎn)發(fā)連接(connections)并委托給系統(tǒng)處理。例如，傳入的連接通過(guò)操作系統(tǒng)進(jìn)行隊(duì)列管理，直到它們可以由Node處理。

您可能聽(tīng)說(shuō)過(guò)，Node有一個(gè)線程池，你可能會(huì)疑惑：“如果Node會(huì)按次序處理任務(wù)，為什么還需要一個(gè)線程池？”這是因?yàn)樵趦?nèi)核中，不是所有任務(wù)都是按異步執(zhí)行的。在這種情況下，Node.JS必須能在操作時(shí)將線程鎖定一段時(shí)間，以便它可以繼續(xù)執(zhí)行事件循環(huán)而不會(huì)被阻塞。

下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的示例圖，來(lái)表示他內(nèi)部的運(yùn)行機(jī)制：

            ┌───────────────────────┐
╭──►│         timers                                           │
│         └───────────┬───────────┘
│         ┌───────────┴───────────┐
│         │   pending callbacks                             │
│         └───────────┬───────────┘          ┌──────────────┐
│         ┌───────────┴───────────┐          │ incoming:                    │
│          │          poll                                               │◄──┤ connections,                │
│         └───────────┬───────────┘          │ data, etc.                     │
│         ┌───────────┴───────────┐          └──────────────┘
╰───┤      setImmediate                                  │
             └───────────────────────┘

關(guān)于事件循環(huán)的內(nèi)部運(yùn)行機(jī)制，有一些理解困難的地方：

所有回調(diào)都會(huì)經(jīng)由process.nextTick()，在事件循環(huán)（例如，定時(shí)器）一個(gè)階段的結(jié)束并轉(zhuǎn)換到下一階段之前預(yù)設(shè)定。這就會(huì)避免潛在的遞歸調(diào)用process.nextTick()，而造成的無(wú)限循環(huán)。
“Pending callbacks（待回調(diào)）”，是回調(diào)隊(duì)列中不會(huì)被任何其他事件循環(huán)周期處理（例如，傳遞給fs.write）的回調(diào)。

Event Emitter 和 Event Loop

通過(guò)創(chuàng)建EventEmitter，可簡(jiǎn)化與事件循環(huán)的交互。它是一個(gè)通用的封裝，可以讓你更容易地創(chuàng)建基于事件的API。關(guān)于這兩者如何互動(dòng)往往讓開(kāi)發(fā)者感到混亂。

下面的例子表明，忘記了事件是同步觸發(fā)的，可能導(dǎo)致事件被錯(cuò)過(guò)。

復(fù)制代碼代碼如下:

// v0.10以后，不再需要require('events').EventEmitter
var EventEmitter = require('events');
var util = require('util');

function MyThing() {
EventEmitter.call(this);

doFirstThing();
this.emit('thing1');
}
util.inherits(MyThing, EventEmitter);

var mt = new MyThing();

mt.on('thing1', function onThing1() {
// 抱歉，這個(gè)事件永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)生
});

上面的'thing1'事件，永遠(yuǎn)不會(huì)被MyThing()捕獲，因?yàn)镸yThing()必須在實(shí)例化后才能偵聽(tīng)事件。下面的是一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方法，不必添加任何額外的閉包：

復(fù)制代碼代碼如下:

var EventEmitter = require('events');
var util = require('util');

function MyThing() {
EventEmitter.call(this);

doFirstThing();
setImmediate(emitThing1, this);
}
util.inherits(MyThing, EventEmitter);

function emitThing1(self) {
self.emit('thing1');
}

var mt = new MyThing();

mt.on('thing1', function onThing1() {
// 執(zhí)行了
});

下面的方案也可以工作，不過(guò)要損失一些性能：

復(fù)制代碼代碼如下:

function MyThing() {
EventEmitter.call(this);

doFirstThing();
// 使用 Function#bind() 會(huì)損失性能
setImmediate(this.emit.bind(this, 'thing1'));
}
util.inherits(MyThing, EventEmitter);

另一個(gè)問(wèn)題是觸發(fā)Error(異常)。找出您應(yīng)用程序中的問(wèn)題已經(jīng)很難了，但沒(méi)了調(diào)用堆棧（注* e.stack），則幾乎不可能調(diào)試。當(dāng)Error被遠(yuǎn)端的異步請(qǐng)求調(diào)用堆棧將丟失。有兩個(gè)可行的解決方案：同步觸發(fā)或確保Error跟其他重要信息一起傳入。下面的例子演示了這兩種解決方案：

復(fù)制代碼代碼如下:

MyThing.prototype.foo = function foo() {
// 這個(gè) error 會(huì)被異步觸發(fā)
var er = doFirstThing();
if (er) {
    // 在觸發(fā)時(shí)，需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新的保留現(xiàn)場(chǎng)調(diào)用堆棧信息的error
    setImmediate(emitError, this, new Error('Bad stuff'));
    return;
}

// 觸發(fā)error，馬上處理（同步）
var er = doSecondThing();
if (er) {
this.emit('error', 'More bad stuff');
return;
}
}

審時(shí)度勢(shì)。當(dāng)error被觸發(fā)時(shí)，是有可能被立即處理的?；蛘?，它可能是一些瑣碎的，可以很容易處理，或在以后再處理的異常。此外通過(guò)一個(gè)構(gòu)造函數(shù)，傳遞Error也不是一個(gè)好主意，因?yàn)闃?gòu)造出來(lái)的對(duì)象實(shí)例很有可能是不完整的。剛才直接拋出Error的情況是個(gè)例外。

結(jié)束語(yǔ)

這篇文章比較淺顯地探討了有關(guān)事件循環(huán)的內(nèi)部運(yùn)作機(jī)制和技術(shù)細(xì)節(jié)。都是經(jīng)過(guò)深思熟慮的。另一篇文章會(huì)討論事件循環(huán)與系統(tǒng)內(nèi)核的交互，并展現(xiàn)NodeJS異步運(yùn)行的魔力。

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