Node.js 同步异步、阻塞与非阻塞

更新日期: 2021-02-14阅读: 971标签: 同步

异步I/O与事件驱动

Node.js 最大的特点就是采用异步式 I/O 与事件驱动的架构设计。

对于高并发的解决方案,传统的架构是多线程模型,也就是为每个业务逻辑提供一个系统线程,通过系统线程切换来弥补同步式 I/O 调用时的时间开销。

Node.js 使用的是单线程模型,对于所有 I/O 都采用异步式的请求方式,避免了频繁的上下文切换。Node.js 在执行的过程中会维护一个事件队列,程序在执行时进入事件循环等待下一个事件到来,每个异步式 I/O 请求完成后会被推送到事件队列,等待程序进程进行处理。 例如,对于数据库请求,传统的思维是这样写的话, 后面的 res.output() 需要等到数据库查询完毕才能执行。

res = db.query('SELECT * from some_table')
res.output()

在执行到第一行的时候,线程会阻塞,等待数据库返回查询结果,然后再继续处理。然而,由于数据库查询可能涉及磁盘读写和网络通信,其延时可能相当大(长达几个 到几百毫秒,相比CPU的时钟差了好几个数量级),线程会在这里阻塞等待结果返回。对于高并发的访问,一方面线程长期阻塞等待,另一方面为了应付新请求而不断增加线程,因此会浪费大量系统资源,同时线程的增多也会占用大量的 CPU 时间来处理内存上下文切换, 而且还容易遭受低速连接攻击。

Node.js 实现方式:

db.query('SELECT * from some_table', function (res) { 
  res.output(); 
})

db.query 的第二个参数是一个回调函数,进程在执行到 db.query 的时候,不会等待结果返回,而是直接继续执行后面的语句,直到进入事件循环。当数据库查询结果返回时,会将事件发送到事件队列,等到线程进入事件循环以后,才会调用之前的回调函数继续执行后面的逻辑。

Node.js 的异步机制是基于事件的,所有的磁盘 I/O 、网络通信、数据库查询都以非阻塞的方式请求,返回的结果由事件循环来处理。Node.js 进程在同一时刻只会处理一个事件,完成后立即进入事件循环检查并处理后面的事件。 这样做的好处是CPU 和内存在同一时间集中处理一件事,同时尽可能让耗时的 I/O 操作并行执行。对于低速连接攻击,Node.js 只是在事件队列中增加请求,等待操作系统的回应,因而不会有任何多线程开销,很大程度上可以提高 Web 应用的健壮性,防止恶意攻击。


同步异步 ,阻塞与非阻塞

“阻塞”与"非阻塞"与"同步"与“异步"不能简单的从字面理解,从分布式系统角度来说:

1.同步与异步

同步和异步关注的是 消息通信机制 (synchronous communication/ asynchronous communication)
所谓同步,就是在发出一个调用时,在没有得到结果之前,该调用就不返回。但是一旦调用返回,就得到返回值了。换句话说,就是由调用者主动等待这个调用的结果。

而异步则是相反,调用在发出之后,这个调用就直接返回了,所以没有返回结果。换句话说,当一个异步过程调用发出后,调用者不会立刻得到结果。而是在调用发出后,被调用者通过状态、通知来通知调用者,或通过回调函数处理这个调用。典型的异步编程模型比如Node.js。

举个通俗的例子:
你打电话问书店老板有没有《分布式系统》这本书,如果是同步通信机制,书店老板会说,你稍等,”我查一下",然后开始查啊查,等查好了(可能是5秒,也可能是一天)告诉你结果(返回结果)。
而异步通信机制,书店老板直接告诉你我查一下啊,查好了打电话给你,然后直接挂电话了(不返回结果)。然后查好了,他会主动打电话给你。在这里老板通过“回电”这种方式来回调。

2. 阻塞与非阻塞

阻塞和非阻塞关注的是程序在等待调用结果(消息,返回值)时的状态.

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。

还是上面的例子,你打电话问书店老板有没有《分布式系统》这本书,你如果是阻塞式调用,你会一直把自己“挂起”,直到得到这本书有没有的结果,如果是非阻塞式调用,你不管老板有没有告诉你,你自己先一边去玩了, 当然你也要偶尔过几分钟check一下老板有没有返回结果。
在这里阻塞与非阻塞与是否同步异步无关。跟老板通过什么方式回答你结果无关。


异步I/O与事件驱动

async/await 只是一种语法糖,代码执行跟你用callback写的代码并没有什么区别,本质上并不是同步代码,只是让你思考代码逻辑的时候能够以同步的思维去思考,避开回调地狱,要理解异步。

链接: https://fly63.com/article/detial/11192

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