Lassen Sie uns über asynchrone Implementierung und Ereignissteuerung in Node sprechen-js-Tutorial-php.cn

Dieser Artikel führt Sie durch die asynchrone Implementierung und das Ereignisfahren in Node. Ich hoffe, dass er für alle hilfreich ist! Lassen Sie uns über asynchrone Implementierung und Ereignissteuerung in Node sprechen

Funktionen von Node

Einige Aufgaben in Computern können im Allgemeinen in zwei Kategorien unterteilt werden, eine wird als IO-intensiv und die andere als rechenintensiv bezeichnet; bei rechenintensiven Aufgaben können Sie nur fortfahren herausdrücken Es wirkt sich auf die Leistung der CPU aus, ist aber für E/A-intensive Aufgaben idealerweise nicht erforderlich. Sie müssen nur das E/A-Gerät zur Verarbeitung benachrichtigen und dann nach einer Weile die Daten abrufen. [Verwandte Tutorial-Empfehlungen: nodejs-Video-Tutorial, Programmiervideo]

Für einige Szenarien müssen einige nicht verwandte Aufgaben ausgeführt werden:

Multithread-Parallelabschluss : Die Kosten für Multithreading sind der größere Aufwand für die Erstellung von Threads und die Durchführung des Thread-Kontextwechsels. Darüber hinaus treten bei der Multithread-Programmierung häufig Probleme wie Sperren und Statussynchronisierung auf.
Sequentielle Ausführung mit einem Thread: Einfach auszudrücken, aber der Nachteil der seriellen Ausführung ist die Leistung Die Gruppe

node gab ihre Lösung vor den beiden: Verwenden Sie einen einzelnen Thread, um Multi-Thread-Deadlock, Zustandssynchronisierung und andere Probleme zu vermeiden. Verwenden Sie asynchrone E/A, um das Blockieren eines einzelnen Threads zu verhindern. um die CPU besser zu nutzennode在两者之前给出了它的方案：利用单线程，远离多线程死锁、状态同步等问题；利用异步IO，让单线程远离阻塞，以更好地使用CPU

Node是如何实现异步的

刚才讲了node在多任务处理的方案，但是node内部想要实现却并不容易，下面介绍操作系统的几个概念，方面后续大家更好理解，后面再讲一讲异步的实现以及node的事件循环机制：

阻塞IO与非阻塞IO

阻塞IO：应用层面发起IO调用之后，就一直等待数据，等操作系统内核层面完成所有操作后，调用才结束；

操作系统中一切皆文件，输入输出设备同样被抽象为了文件，内核在执行IO操作时，通过文件描述符进行管理

非阻塞IO：差别为调用后立即返回一个文件描述符，并不等待，这时候CPU的时间片就可以用来处理其他事务，之后可以通过这个文件描述符进行结果的获取；

非阻塞IO存在的一些问题：虽然其让CPU的利用率提高了，但是由于立即返回的是一个文件描述符，我们并不知道IO操作什么时候完成，为了确认状态变更，我们只能作轮询操作

不同的轮询方法

read ：最原始、性能最低的一种，通过重复检查IO状态来完成完整数据的获取
select：通过对文件描述符上的事件状态来进行判断，相对来说消耗更少；缺点就是它采用了一个1024长度的数组来存储状态，所以它最多可以同时检查1024个文件描述符
poll：由于select的限制，poll改进为链表的存储方式，其他的基本都一致；但是当文件描述符较多的时候，它的性能还是非常低下的
eopll：该方案是linux下效率最高的IO事件通知机制，在进入轮询的时候如果没有检查IO事件，将会进行休眠，直到事件发生将它唤醒
kqueue：与epoll类似，不过仅在FreeBSD系统下存在

尽管epoll利用了事件来降低对CPU的耗用，但休眠期间CPU几乎是闲置的；我们期待的异步IO应该是应用程序发起非阻塞调用，无须通过遍历或事件唤醒等方式轮询，可以直接处理下一个任务，只需IO完成后通过信号或者回调将数据传递给应用程序即可。

linux下还有中AIO方式就是通过信号或回调来传递数据的，不过只有Linux有，并且有限制无法利用系统缓存

node中对于异步IO的实现

先说结论，node对异步IO的实现是通过多线程实现的。可能会混淆的地方就是node内部虽然是多线程的，但是我们程序员开发的JavaScript >🎜

🎜Wie Node Asynchronität implementiert🎜🎜🎜🎜Ich habe gerade über die Multitasking-Lösung von `node` gesprochen, aber `node` Es ist nicht einfach, sie intern zu implementieren, damit Sie sie in Zukunft besser verstehen können. Später werden wir über die Implementierung der asynchronen Implementierung und den Ereignisschleifenmechanismus des Knotens sprechen

🎜Blockierende E/A und nicht blockierende E/A🎜

🎜🎜Blockierende E/A: Nachdem die Anwendungsschicht einen E/A-Aufruf initiiert hat, wartet sie auf Daten, bis die Kernelschicht des Betriebssystems abgeschlossen ist alle Vorgänge, bevor der Aufruf endet; 🎜🎜🎜 🎜Alles im Betriebssystem ist eine Datei, und Eingabe- und Ausgabegeräte werden ebenfalls in Dateien abstrahiert. Wenn der Kernel E/A-Vorgänge ausführt, wird dies über 🎜🎜🎜🎜🎜 verwaltet Nicht blockierende E/A: Der Unterschied besteht darin, dass nach dem Aufruf sofort ein Dateideskriptor zurückgegeben wird. Zu diesem Zeitpunkt kann die CPU-Zeitscheibe für die Verarbeitung anderer Transaktionen verwendet werden und die Ergebnisse können dann über diesen Dateideskriptor abgerufen werden 🎜🎜Einige Probleme mit nicht blockierendem E/A: Es verbessert zwar die Auslastung der CPU, aber da ein Dateideskriptor sofort zurückgegeben wird, wissen wir nicht, wann der E/A-Vorgang abgeschlossen ist, um die Statusänderung zu bestätigen Nur Abfragevorgänge durchführen🎜

🎜Different Die Abfragemethode 🎜

🎜🎜read: Die primitivste und leistungsschwächste Methode vervollständigt die Erfassung von Vervollständigen Sie die Daten durch wiederholtes Überprüfen des E/A-Status.

select code>: Die Beurteilung erfolgt durch Beurteilung des Ereignisstatus 🎜 anhand des 🎜Dateideskriptors. Der Nachteil besteht darin, dass ein 1024-Wert verwendet wird -length-Array zum Speichern des Status, sodass bis zu 1024 Dateideskriptoren gleichzeitig überprüft werden können 🎜🎜<code>poll

: Aufgrund der Einschränkungen von select, poll wurde zu einer Speichermethode für verknüpfte Listen verbessert, und die anderen sind grundsätzlich gleich; wenn der Dateideskriptor jedoch größer ist als Meistens ist die Leistung immer noch sehr gering🎜🎜eopll: Diese Lösung ist der effizienteste IO-Ereignisbenachrichtigungsmechanismus unter linux. Wenn kein IO-Ereignis vorliegt, wird es in den Ruhezustand versetzt, bis das Ereignis eintritt, um es aufzuwecken🎜🎜kqueuecode>: Ähnlich wie <code>epoll, existiert aber nur unter dem FreeBSD-System🎜🎜🎜Obwohl epoll Ereignisse verwendet, um den CPU-Verbrauch zu reduzieren, ist die CPU im asynchronen Zustand fast im Leerlauf Wir gehen davon aus, dass IO ein nicht blockierender Aufruf sein sollte, der von der Anwendung initiiert wird, ohne dass eine Abfrage durch Durchquerung oder Ereignisaktivierung erforderlich ist. Sie können die nächste Aufgabe direkt bearbeiten und die Daten anschließend einfach über ein Signal oder einen Rückruf an die Anwendung übergeben Das IO ist abgeschlossen. 🎜🎜🎜Es gibt auch eine AIO-Methode unter Linux, die Daten über Signale oder Rückrufe überträgt, diese ist jedoch nur unter Linux verfügbar und es gibt Einschränkungen, die den Systemcache nicht verwenden können🎜🎜

🎜Node für die Implementierung asynchroner E/A 🎜

🎜Lassen Sie mich zunächst über die Schlussfolgerung sprechen, dass node asynchrone E/A durch Multithreading implementiert. Was möglicherweise verwirrend ist, ist, dass node zwar intern multithreaded ist, der von unseren Programmierern entwickelte JavaScript-Code jedoch nur in einem einzigen Thread ausgeführt wird. 🎜node verwendet einige Threads, um blockierende E/A oder nicht blockierende E/A durchzuführen, plus Abfragetechnologie, um die Datenerfassung abzuschließen, sodass ein Thread die Berechnungsverarbeitung durchführen und die von E/A erhaltenen Daten durch Kommunikation zwischen Threads übertragen kann Implementiert problemlos die asynchrone IO-Simulation. node通过部分线程进行阻塞IO或者非阻塞IO加上轮询技术来完成数据获取，让一个线程进行计算处理，通过线程之间的通信将IO得到的数据进行传递，这就轻松实现了异步IO的模拟。

除了异步IO，计算机中的其他资源也适用，因为linux中一切皆文件，磁盘、硬件、套接字等几乎所有计算机资源都被抽象为了文件，接下来介绍对计算机资源的调用都以IO为例子。

事件循环

在进程启动时，node便会创建一个类似与while(true)的循环，每执行一次循环体的过程我们成为Tick；下方为node中事件循环流程图：

很简单的一张图，简单解释一下：就是每次都从IO观察者里面获取执行完成的事件（是个请求对象，简单理解就是包含了请求中产生的一些数据），然后没有回调函数的话就继续取出下一个事件（请求对象），有回调就执行回调函数

异步IO细节

注：不同平台有不同的细节实现，这张图隐藏了相关平台兼容细节，比如windows下使用IOCP中的PostQueuedCompletionStatus()提交执行状态，通过GetQueuedCompletionStatus获取执行完成的请求，并且IOCP内部实现了线程池的细节，而linux等平台通过eopll实现这个过程，并在libuv下自实现了线程池

`setTimtout`与`setInterval`

除了IO等计算机资源需要异步调用之外，node本身还存在一些与异步IO无关的一些其他异步API：

setTimeout
setInterval
setImmediate
process.nextTick

该小节先讲解前面两个api

它们的实现原理与异步IO比较类似，只是不需要IO线程池的参与：

setTimtout与setInterval创建的定时器会被插入到定时器观察者内部的一个红黑树中
每次tick

Zusätzlich zu asynchron IO, Dies gilt auch für andere Ressourcen im Computer, da alles in Linux eine Datei ist und fast alle Computerressourcen wie Festplatten, Hardware und Sockets in Dateien abstrahiert werden. Die folgende Einführung in Aufrufe von Computerressourcen verwendet IO als Beispiel.

Ereignisschleife

Wenn der Prozess startet, erstellt node ein Ereignis ähnlich wie while (true)-Schleife, jedes Mal, wenn der Schleifenkörper ausgeführt wird, werden wir zu Tick. Das Folgende ist das Flussdiagramm der Ereignisschleife in node:

Zusätzlich zur Notwendigkeit asynchroner Aufrufe an den Computer Ressourcen wie IO, node selbst hat auch einige Probleme, die nichts mit asynchronem IO zu tun haben. EinigeAndere asynchrone APIs:

setTimeout

setIntervalsetImmediateprocess.nextTick

In diesem Abschnitt werden zunächst die ersten beiden APIs erläutert.

Ihre Implementierungsprinzipien ähneln asynchrone IO, aber sie erfordern nicht die Teilnahme des IO-Thread-Pools:

setTimtout

setInterval

tick

O (l o_{) O( log_2n)} (l o

Der IO-Thread-Pool in node ist eine Möglichkeit, IO aufzurufen und auf die Rückgabe von Daten zu warten (siehe spezifische Implementierung). Er ermöglicht den Aufruf eines einzelnen Threads von JavaScript IO asynchron, und es besteht keine Notwendigkeit, auf den Abschluss der IO-Ausführung zu warten (da der IO-Thread-Pool dies tut), und die endgültigen Daten können abgerufen werden (über den Beobachtermodus: Der IO-Beobachter erhält das Ausführungsabschlussereignis vom Thread-Pool und der Ereignisschleifenmechanismus führen nachfolgende Rückrufe aus (Funktion)node中的IO线程池是用来调用IO并等待数据返回（看具体实现）的一种方式，它使JavaScript单线程得以异步调用IO，并且不需要等待IO执行完成（因为是IO线程池做了），并且能获取到最终的数据（通过观察者模式：IO观察者从线程池获取执行完成的事件，事件循环机制执行后续的回调函数）

上述这段话可能有点简略，如果你还不明白，可以看下之前的那几种图~

`process.nextTick`与`setImmediate`

这两个函数都是代表立即异步执行一个函数，那为什么不用setTimeout(() => { ... }, 0)来完成呢？

定时器精度不够
定时器使用红黑树来创建定时器对象和迭代操作，浪费性能
即process.nextTick更加轻量

轻量具体来说：我们在每次调用process.nextTick的时候，只会将回调函数放入队列中，在下一轮Tick时取出执行。定时器中采用红黑树的方式时 $O(log_2n)$ ，nextTick为 $O(1)$

那process.nextTick与setImmediate又有什么区别呢？毕竟它们都是将回调函数立即异步执行

process.nextTick的回调执行优先级高于setImmediate
process.nextTick的回调函数保存在一个数组中，每轮事件循环下全部执行，setImmediate的结果则是保存在链表中，每轮循环按序执行第一个回调

注意：之所以process.nextTick的回调执行优先级高于setImmediate，因为事件循环对观察者的检查是有顺序的，process.nextTick属于idle观察者，setImmediate属于check观察者。iedl观察者 > IO 观察者 > check观察者

高性能服务器

对于网络套接字的处理，node也应用到了异步IO，网络套接字上侦听到的请求都会形成事件交给IO观察者，事件循环会不停地处理这些网络IO事件，如果我们在JavaScrpt层面上有传入对应的回调函数，这些回调函数就会在事件循环中执行（处理这些网络请求）

常见的服务器模型：

同步式
每进程-->每请求
每线程-->每请求

而node采用的是事件驱动的方式处理这些请求，无需对每个请求创建额外的对应线程，可以省略掉创建线程和销毁线程的开销，同时操作系统的调度任务因为线程较少（只有node

🎜`process .nextTick` und `setImmediate`

setTimeout(() => { ... }, 0)

Der Timer ist nicht präzise genug
Der Timer verwendet einen Rot-Schwarz-Baum, um Timer-Objekte und iterative Operationen zu erstellen, was Leistung verschwendet
d. h. Process.nextTickLeichtgewichtiger

process.nextTick

Tick

O (l o g_{2} n)

nextTick

O (1)

process.nextTick

setImmediate

Die Rückrufausführungspriorität von process.nextTick ist höher als die von setImmediate
process.nextTick wird in einem Array gespeichert und in jeder Runde der Ereignisschleife ausgeführt. Das Ergebnis von setImmediate wird in einem verknüpften Array gespeichert Liste, und jede Runde der Schleife führt der Reihe nach den ersten Rückruf aus

process.nextTick

setImmediate

process.nextTick

idle

setImmediate

check

iedl Observer> IO Observer> sockets, <code>node

JavaSccrpt

Synchron
Pro Prozess-->Pro Anfrage
Pro Thread-->Pro Anfrage

node

Klassisches Problem – Avalanche-ProblemLösung:

Problembeschreibung: Wenn der Server gerade gestartet wird, befinden sich keine Daten im Cache. Wenn die Zugriffsmenge groß ist, wird dies der Fall sein für wiederholte Abfragen an die Datenbank gesendet werden, was Auswirkungen auf die Leistung hat. SQL会被发送到数据库中反复查询，影响性能。

解决方案：

const proxy = new events.EventEmitter();
let status = "ready"; // 状态锁，避免反复查询

const select = function(callback) {
    proxy.once("selected", callback);  // 绑定一个只执行一次名为selected的事件
    if(status === "ready") {
        status = "pending";
        // sql
        db.select("SQL", (res) => {
            proxy.emit("selected", res); // 触发事件,返回查询数据
            status = "ready";
        })
    }
}

Nach dem Login kopieren

使用once

rrreeeVerwenden Sie einmal, um alle angeforderten Rückrufe in die Ereigniswarteschlange zu verschieben, und nutzen Sie die Funktion, den Monitor nach nur einmaliger Ausführung zu entfernen, um sicherzustellen, dass jede Rückruffunktion nur ausgeführt wird einmal ausgeführt. Für dieselbe SQL-Anweisung wird garantiert, dass sie vom Anfang bis zum Ende derselben Abfrage nur einmal ausgeführt wird. Neuankömmlinge desselben Anrufs müssen nur in der Warteschlange warten, bis die Daten verfügbar sind. Sobald die Ergebnisse abgefragt werden, können die Ergebnisse von diesen Anrufen gemeinsam verwendet werden.

Das obige ist der detaillierte Inhalt vonLassen Sie uns über asynchrone Implementierung und Ereignissteuerung in Node sprechen. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!