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谈谈Node中的常见概念

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DOMBOM,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

浏览器模型

  • 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
    多线程
  • node服务
    单线程

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

队列和栈

  • 队列
setTimeout(function(){
    console.log(1)
})
setTimeout(function(){
    console.log(2)
})
setTimeout(function(){
    console.log(3)
})
复制代码

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();
复制代码

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

eventLoop

  • 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

node system

  • 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。在node启动时会初始化事件环

   
   ┌───────────────────────┐
┌─>│     timers(计时器)     │
|  |   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       |
│  └──────────┬────────────┘      
│  ┌──────────┴────────────┐       ┌───────────────┐ 
│  │       poll(轮询)      │       │   incoming:   │
|  | 执行poll中的i/o队列    | <─────┤  connections, │
|  | 检查定时器是否到时      |       │   data, etc.  |     
│  └──────────┬────────────┘       └───────────────┘    
│  ┌──────────┴────────────┐      
│  │      check(检查)      │
|  | 存放setImmediate回调   |
│  └──────────┬────────────┘
│  ┌──────────┴────────────┐
└──┤    close callbacks    |
   │ 关闭的回调例如         |
   | sockect.on('close')   |
   └───────────────────────┘
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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

poll 流程图

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');
});
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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
复制代码

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
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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

8 同步异步和阻塞非阻塞

同步异步取决于被调用者,阻塞非阻塞取决于调用者

  • 阻塞调用是指调用结果返回之前,当前线程会被挂起。调用线程只有在得到结果之后才会返回。
  • 非阻塞调用指在不能立刻得到结果之前,该调用不会阻塞当前线程。

model

到此我们详细的解说了一下node中的概念,喜欢的点个赞吧^_^! 支持我的可以给我打赏