谈谈 Node 中的常见概念¶

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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
解决了哪些问题
Node 的特点
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。

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。

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。

栈

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

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')   |
   └───────────────────────┘

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

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。

Last update: November 9, 2024