关于NodeJS的单线程和异步IO

引用文 摘自 IBM 刘欣 个人公众号:码农翻身

美丽的七侠镇上有一条美食街,很多著名的饭店都开在这里,有老字号的Apache,PHP,最近几年火热的Ruby on Rail,还有那些重量级的餐饮集团Websphere,Weblogic等。这些饭店老板根据自己的实力,或多或少的雇佣了一些店小二来招待来客,这些小二干活都非常殷勤,没有一个偷懒耍滑,把顾客招待的舒舒服服,所以平日里饭馆运转的还不错,相安无事。
但是随着《武林外传》的拍摄和播放,七侠镇旅游业大爆发,游客像潮水一样蜂拥而至,现有的店小二招待不过来了,到了饭点,每家的门前都排起了长队,游客们吃不上饭,个个怨声载道。看到这种情况,有些老板咬了咬牙,在人工费不断上涨的情况下,多雇了一些小二来帮忙,无奈总是赶不上顾客增长的速度。

某一天有个美国老外来到七侠镇上旅游,也看到了吃不上饭的问题,他仔细分析了一番后发现了一个秘密:原来这些店都采用了同一套叫做“全程贴心服务”的模式,这个模式很有意思:

客人来了以后,马上有个店小二殷勤迎上去,带着找座位,点菜,给后厨下单
由于后厨做菜需要很长时间,店小二就在客人的旁边等着。
后厨一摇铃铛,大喊一声:上菜,店小二马上端到客人面前,然后站在一边等着客人吃完
客人说:结账,小二收钱,找钱,送客,迎接下一位。

通常这个时候门口都排成了好几百人了!
这个VIP服务实在是太贴心了!导致的结果很明显,饭店有几个店小二,就只能同时接待几个顾客。(当然,现实中是没有饭店是这么做的,否则就等着关门吧)

老外一声不吭的回去了。

过了几个月,美食一条街上出现了一个巨火无比的饭馆:Node.js
虽然这个饭店中人满为患,可门口竟然没有排队的!
更让人吃惊的是,这个店里声称:我只需要一个店小二!

Node.js这个美国老外开的饭店确实只用了一个店小二,只不过这个小二干活的方式与众不同,他把所有的工作分为两类:

A. 马上就能干完的,例如迎客,点菜,找座,下单 等等
B. 需要等待别人干完才能干的活,例如上菜,结账 等

  • A 这个小二马上干活
  • B 店小二不会等待,他只是告诉别人说,你弄完了告诉我一声,我会接着干, 然后马上去做第一类工作

客人来了以后,这个店小二殷勤迎上去,带着找座位,点菜,给后厨下单
由于后厨做菜需要很长时间,店小二闪电般的离开,去干别的活了,可能是迎客,点菜,找座等,总之是那些不用等待,迅速干完的活。
后厨大喊一声:上菜,这个小二马上端到客人面前,然后离开,干其他活。
客人说:结账,小二收钱,找钱,然后还是迅速闪人,干其他活。

这个唯一的店小二的能力被发挥到了极致,一刻不停,闪电般的在饭店里跑来跑去,因为老板明确的告诉他:不要等!

Node.js饭店的基础设施很强大,一旦那些耗时的操作完成,店小二立刻就能知道,飞奔过来马上接着干,如果遇到新的耗时的操作,小二毫不留情的离开。就这么简单,Node.js饭店火了,它同时接待客人的数量大大增加,而服务质量保持基本不变。

这是我杜撰出来的一个不成熟的故事,帮助我来理解Node.js的特点:只用一个线程来处理所有请求,事件驱动编程。

如果我们回过头来再以计算机的视角看一下会更加清楚:

店小二:线程
顾客:http请求
第一类工作(迎客,找座,下单):在服务器端的代码,能够快速执行
后厨做菜,客人吃饭:耗时的I/O操作
后厨大喊一声:上菜:这是一个长时间I/O操作完成的后所发出的事件
客人说:结账:另外一个长时间I/O操作完成的后所发出的事件

第二类工作(上菜,结账):同样是能快速执行的代码,但是他们需要等待那些耗时的I/O操作完成才能开始,确切的来说,收到了系统发出的事件以后才开始执行。在Node.js中实际上是在回调函数中来执行的

下面是Node.js服务模式的伪代码:

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迎客();
找座();
下单();
后厨处理("做菜完成事件", function() {
上菜处理();
客人吃饭("吃饭完成事件", function() {
结账处理();
送客();
});
});

需要引起注意的是:

后厨处理()这个函数接受两个参数,一个是事件名,另外一个是匿名的回调函数,事件发生,回调函数才会执行。客人吃饭()函数也是类似。
Node.js使用的JavaScript作为服务器端的编程语言,这种回调的方式对于javascript程序员来说,是非常自然的事情,同时从代码的角度来讲,也显得非常清晰。另外Node.js使用Chrome的V8引擎来执行javascript,效率非常高

我们能不能把代码写成这样?

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迎客();
找座();
下单();
后厨处理("做菜完成事件", function() {
上菜处理();
客人吃饭("吃饭完成事件", function() {
结账处理();
}
});
送客();

肯定不行!因为Node.js执行后厨处理()函数时,只是安插了一个匿名的回调函数在那里,并不会等待(非阻塞I/O),反而马上会执行客人吃饭()函数,所以上述的写法会引起逻辑上的错误:还没上菜就开始吃饭了!
所以写惯了顺序阻塞I/O的我们需要改变一下思维方式,进入到事件驱动的世界中来。

如果某个操作例如上菜处理是个CPU密集型的计算任务,Node.js那个唯一的线程就会忙于执行这个计算任务而被阻塞住,就无法响应其他的请求了,带来的后果很严重,整个服务器都无法响应了!这个时候,需要考虑把这样的代码进行异步处理,也变成node.js所擅长的事件驱动的方式。

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