node.js的异步I/O、事件驱动、单线程 (2)

多线程: 服务器为每个客户端请求分配一个线程,使用同步 I/O,系统通过线程切换来弥补同步 I/O 调用的时间开销。比如 Apache 就是这种策略,由于 I/O 一般都是耗时操作,因此这种策略很难实现高性能,但非常简单,可以实现复杂的交互逻辑。

单线程: 而事实上,大多数网站的服务器端都不会做太多的计算,它们接收到请求以后,把请求交给其它服务来处理(比如读取数据库),然后等着结果返回,最后再把结果发给客户端。因此,Node.js 针对这一事实采用了单线程模型来处理,它不会为每个接入请求分配一个线程,而是用一个主线程处理所有的请求,然后对 I/O 操作进行异步处理,避开了创建、销毁线程以及在线程间切换所需的开销和复杂性。

5. 异步I/O

IO操作: IO操作就是以流的形式,进行的操作,比如网络请求,文件读取写入。IO操作也就是input和output的操作。

阻塞IO: 在调用阻塞O时,应用程序需要等待IO完成才能返回结果。 阻塞IO的特点:调用之后一定要等到系统内核层面完成所有操作之后,调用才结束。 阻塞O造成CUP等待IO,浪费等待时间,CPU的处理能力不能得到充分利用。

非阻塞IO: 为了提高性能,内核提供了非阻塞IO,非阻塞IO跟阻塞IO的差别是调用之后会立即返回。阻塞IO完成整个获取数据的过程,而非阻塞IO则不带数据直接返回,要获取数据,还要通过描述符再次读取。非阻塞IO返回之前,node主线程可以用来处理其他事物,此时性能提升非常明显。

为什么node擅长I/O密集型,不擅长CPU密集型:因为node的I/O处理中主线程只负责转发,实际操作在其他线程及线程队列里完成,所以性能相对较高; 而CPU密集则要求node的主线程处理,这时候其余请求只能等待

我的理解: node的异步I/O分为两个阶段,第一个阶段是主线程调用线程池里的工作线程执行异步操作,主线程取回对应的描述符,存储下来,工作线程执行相关操作取回数据后存储下来,这一部分在主线程接收到请求后立即完成;第二个阶段在事件队列里完成,根据描述符去工作线程里去获取数据,以提升性能.

6. 高并发

以下是对nodejs高并发的理解,nodejs的高并发体现在处理I/O的性能上,而不是CPU密集上,摘录自官网文档

让我们思考这样一种情况:每个对 Web 服务器的请求需要 50 毫秒完成,而那 50 毫秒中的 45 毫秒是可以异步执行的数据库 I/O。选择 非阻塞 异步操作可以释放每个请求的 45 毫秒来处理其它请求。仅仅是选择使用 非阻塞 方法而不是 阻塞 方法,就是容量上的重大区别。

7. 总结

Node 有两种类型的线程:一个事件循环线程和 k 个工作线程。 事件循环负责 JavaScript 回调和非阻塞 I/O,工作线程执行与 C++ 代码对应的、完成异步请求的任务,包括阻塞 I/O 和 CPU 密集型工作。 这两种类型的线程一次都只能处理一个活动。 如果任意一个回调或任务需要很长时间,则运行它的线程将被 阻塞。 如果你的应用程序发起阻塞的回调或任务,在好的情况下这可能只会导致吞吐量下降(客户端/秒),而在最坏情况下可能会导致完全拒绝服务。要编写高吞吐量、防 DoS 攻击的 web 服务,您必须确保不管在良性或恶意输入的情况下,您的事件循环线程和您的工作线程都不会阻塞。

通常意义上,I/O密集型活动,如网络I/O、文件I/O,DNS操作等通常建议放在对外提供网络服务的端口所在的服务内,剩下的诸如大内容的crypto,zlib,fs同步操作、子进程,JSON处理、计算等尽量另起node服务或者其他语言服务去进行,因为这些操作会影响到node的主线程的性能和安全性。

参考

Node.js 事件循环机制

nodejs笔记之:事件驱动,线程池,非阻塞,异常处理等

官网文档

Node.js 事件循环,定时器和 process.nextTick()

nodejs 事件循环

不要阻塞你的事件循环(或是工作线程池

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