Nodejs的运行原理-科普篇

 

前言

Nodejs目前处境稍显尴尬，不少语言都已经拥有异步非阻塞的能力。阿里的思路是比较合适的，可是必需要注意，绝对不能让node作太多的业务逻辑，他只适合接收生成好的数据，而后或渲染后，或直接发送到客户端。

为何nodejs 还能够成为主流技术哪？

是由于nodejs 对于大前端来讲仍是很是重要的技术！！！若是你理解nodejs 的编程原理，很容易就会理解angularjs，reactjs 和vuejs 的设计原理。

 

NodeJS

Node是一个服务器端JavaScript解释器，用于方便地搭建响应速度快、易于扩展的网络应用。Node使用事件驱动，非阻塞I/O 模型而得以轻量和高效，很是适合在分布式设备上运行数据密集型的实时应用。
Node是一个可让JavaScript运行在浏览器以外的平台。它实现了诸如文件系统、模块、包、操做系统 API、网络通讯等Core JavaScript没有或者不完善的功能。历史上将JavaScript移植到浏览器外的计划不止一个，但Node.js 是最出色的一个。

 

V8引擎

V8 JavaScript引擎是Google用于其Chrome浏览器的底层JavaScript引擎。不多有人考虑JavaScript在客户机上实际作了些什么!

实际上，JavaScript引擎负责解释并执行代码。Google使用V8建立了一个用C++编写的超快解释器，该解释器拥有另外一个独特特征；您能够下载该引擎并将其嵌入任何应用程序。V8 JavaScript引擎并不只限于在一个浏览器中运行。

所以，Node实际上会使用Google编写的V8 JavaScript引擎，并将其重建为可在服务器上使用。

 

事件驱动

在咱们使用Java，PHP等语言实现编程的时候，咱们面向对象编程是完美的编程设计，这使得他们对其余编程方法不屑一顾。殊不知大名鼎鼎Node使用的倒是事件驱动编程的思想。那什么是事件驱动编程。
事件驱动编程，为须要处理的事件编写相应的事件处理程序。代码在事件发生时执行。 
为须要处理的事件编写相应的事件处理程序。要理解事件驱动和程序，就须要与非事件驱动的程序进行比较。实际上，现代的程序大可能是事件驱动的，好比多线程的程序，确定是事件驱动的。早期则存在许多非事件驱动的程序，这样的程序，在须要等待某个条件触发时，会不断地检查这个条件，直到条件知足，这是很浪费cpu时间的。而事件驱动的程序，则有机会释放cpu从而进入睡眠态（注意是有机会，固然程序也可自行决定不释放cpu），当事件触发时被操做系统唤醒，这样就能更加有效地使用cpu。
来看一张简单的事件驱动模型（uml）：

 

事件驱动模型主要包含3个对象：事件源、事件和事件处理程序。

  事件源：产生事件的地方(html元素)

  事件：点击/鼠标操做/键盘操做等等

  事件对象：当某个事件发生时，可能会产生一个事件对象，该时间对象会封装好该时间的信息，传递给事件处理程序

  事件处理程序：响应用户事件的代码 

 

运行原理

当咱们搜索Node.js时，夺眶而出的关键字就是 “单线程，异步I/O，事件驱动”，应用程序的请求过程能够分为俩个部分：CPU运算和I/O读写，CPU计算速度一般远高于磁盘读写速度，这就致使CPU运算已经完成，可是不得不等待磁盘I/O任务完成以后再继续接下来的业务。
因此I/O才是应用程序的瓶颈所在，在I/O密集型业务中，假设请求须要100ms来完成，其中99ms化在I/O上。若是须要优化应用程序，让他能同时处理更多的请求，咱们会采用多线程，同时开启100个、1000个线程来提升咱们请求处理，固然这也是一种可观的方案。
可是因为一个CPU核心在一个时刻只能作一件事情，操做系统只能经过将CPU切分为时间片的方法，让线程能够较为均匀的使用CPU资源。但操做系统在内核切换线程的同时也要切换线程的上线文，当线程数量过多时，时间将会被消耗在上下文切换中。因此在大并发时，多线程结构仍是没法作到强大的伸缩性。
那么是否能够另辟蹊径呢？！咱们先来看看单线程，《深刻浅出Node》一书提到 “单线程的最大好处，是不用像多线程编程那样到处在乎状态的同步问题，这里没有死锁的存在，也没有线程上下文切换所带来的性能上的开销”，那么一个线程一次只能处理一个请求岂不是无稽之谈，先让咱们看张图：

Node.js的单线程并非真正的单线程，只是开启了单个线程进行业务处理（cpu的运算），同时开启了其余线程专门处理I/O。当一个指令到达主线程，主线程发现有I/O以后，直接把这个事件传给I/O线程，不会等待I/O结束后，再去处理下面的业务，而是拿到一个状态后当即往下走，这就是“单线程”、“异步I/O”。
I/O操做完以后呢？Node.js的I/O 处理完以后会有一个回调事件，这个事件会放在一个事件处理队列里头，在进程启动时node会建立一个相似于While(true)的循环，它的每一次轮询都会去查看是否有事件须要处理，是否有事件关联的回调函数须要处理，若是有就处理，而后加入下一个轮询，若是没有就退出进程，这就是所谓的“事件驱动”。这也从Node的角度解释了什么是”事件驱动”。
在node.js中，事件主要来源于网络请求，文件I/O等，根据事件的不一样对观察者进行了分类，有文件I/O观察者，网络I/O观察者。事件驱动是一个典型的生产者/消费者模型，请求到达观察者那里，事件循环从观察者进行消费，主线程就能够快马加鞭的只关注业务不用再去进行I/O等待。

 

优势

Node 公开宣称的目标是 “旨在提供一种简单的构建可伸缩网络程序的方法”。咱们来看一个简单的例子，在 Java和 PHP 这类语言中，每一个链接都会生成一个新线程，每一个新线程可能须要 2 MB 的配套内存。在一个拥有 8 GB RAM 的系统上，理论上最大的并发链接数量是 4,000 个用户。随着您的客户群的增加，若是但愿您的 Web 应用程序支持更多用户，那么，您必须添加更多服务器。因此在传统的后台开发中，整个 Web 应用程序架构（包括流量、处理器速度和内存速度）中的瓶颈是：服务器可以处理的并发链接的最大数量。这个不一样的架构承载的并发数量是不一致的。
而Node的出现就是为了解决这个问题：更改链接到服务器的方式。在Node 声称它不容许使用锁，它不会直接阻塞 I/O 调用。Node在每一个链接发射一个在 Node 引擎的进程中运行的事件，而不是为每一个链接生成一个新的 OS 线程（并为其分配一些配套内存）。

 

缺点

如上所述，nodejs的机制是单线程，这个线程里面，有一个事件循环机制，处理全部的请求。在事件处理过程当中，它会智能地将一些涉及到IO、网络通讯等耗时比较长的操做，交由worker threads去执行，执行完了再回调，这就是所谓的异步IO非阻塞吧。可是，那些非IO操做，只用CPU计算的操做，它就本身扛了，好比算什么斐波那契数列之类。它是单线程，这些本身扛的任务要一个接着一个地完成，前面那个没完成，后面的只能干等。所以，对CPU要求比较高的CPU密集型任务多的话，就有可能会形成号称高性能，适合高并发的node.js服务器反应缓慢。

 

适合场景

一、RESTful API

这是适合 Node 的理想状况，由于您能够构建它来处理数万条链接。它仍然不须要大量逻辑；它本质上只是从某个数据库中查找一些值并将它们组成一个响应。因为响应是少许文本，入站请求也是少许的文本，所以流量不高，一台机器甚至也能够处理最繁忙的公司的 API 需求。

二、实时程序

好比聊天服务

聊天应用程序是最能体现 Node.js 优势的例子：轻量级、高流量而且能良好的应对跨平台设备上运行密集型数据（虽然计算能力低）。同时，聊天也是一个很是值得学习的用例，由于它很简单，而且涵盖了目前为止一个典型的 Node.js 会用到的大部分解决方案。

三、单页APP

ajax不少。如今单页的机制彷佛很流行，好比phonegap作出来的APP，一个页面包打天下的例子比比皆是。

总而言之，NodeJS适合运用在高并发、I/O密集、少许业务逻辑的场景