為什麼 Elixir 在非同步處理方面比 Node.js 更好？-js教程-PHP中文網

Por que o Elixir é melhor que Node.js para Processamento Assíncrono?

簡單的答案：Node.js 是單線程的，並拆分該單線程來模擬並發，而Elixir 利用了Erlang 虛擬機BEAM 的原生並發和並行性，同時運行進程。

下面，我們將更深入地理解這種差異，探索兩個關鍵概念：Node.js 事件循環和 Elixir 的 BEAM VM 和 OTP。這些元素對於理解每種技術如何處理執行非同步任務以及這如何影響不同應用程式中的效能和可擴展性至關重要。

1.什麼是事件循環？

Node.js 在單一主執行緒上運行，並使用稱為事件循環的機制來管理非同步操作。基本概念是它檢查待處理的待處理任務，例如 I/O 操作、promise 和 callbacls，並在它們準備好時執行它們。

1.1 實踐中如何運作：

當啟動非同步操作時（例如對 API 的查詢），它會被委託給 libuv。同時，事件循環繼續接受其他連結。
當非同步操作完成時，libuv 將結果傳回事件佇列，然後事件循環將與此操作關聯的回呼放在呼叫堆疊上。

1.2 事件循環的限制：

如果呼叫堆疊上存在耗時或 CPU 密集型任務，它可能會阻塞其他操作的處理，從而降低效率。
並發性受到限制，因為所有內容都在單一主執行緒上運行。

2.BEAM VM 和 OTP

Elixir 建構於 BEAM VM 之上，該虛擬機為 Erlang 提供支持，以其處理高並發性和彈性的能力而聞名。與 Node.js 不同，Elixir 不依賴單一執行緒。相反，它使用由 BEAM 管理的極其輕量級且隔離的進程。

2.1 實務上如何運作：

Elixir 中的每個進程都是獨立的，這意味著它們不共享內存，也不會互相阻塞。
這些進程由 BEAM 管理，BEAM 可以同時建立和管理數百萬個進程，在所有可用的 CPU 核心之間分配負載。
此外，Elixir 還附帶 OTP（開放電信平台），它提供了一組用於建立強大的分散式系統的程式庫和工具。

2.2 BEAM和OTP的優點：

可擴充性：BEAM 可以將進程分佈在所有 CPU 核心上，從而最大限度地提高資源利用率。
彈性：如果一個行程失敗，不會影響其他行程。這允許您建立容錯系統。
真正的競爭：與僅限於單一執行緒的事件循環不同，Elixir 可以利用多個 CPU 核心真正並行運行進程。

3. Node.js 和 Elixir 的實作比較

讓我們想像一台伺服器需要處理數千個同時連接，每個連接都執行非同步操作和一些繁重且耗時的處理。

3.1 使用 Node.js：

伺服器在某種程度上是高效的，但隨著大量操作的堆積，事件循環開始變得過載。雖然充分利用JS和Node中可用的資源可以對效能有很大幫助：例如正確使用 async/wait 和/或 then/catch 以及內建資源例如lib節點：叢集
這可能會導致回應新連線的延遲，進而對效能造成重大影響。

3.2 使用 Elixir：

每個連線都可以由單獨的進程管理。 I/O 操作、計算甚至故障都可以隔離管理。
BEAM 有效地分配負載，確保系統即使在高需求下也能繼續運作而不會出現重大問題。
如果需要，可以透過訊息在進程之間進行通訊。
BEAM 搶佔式調度引擎。

結論

Node.js 對於許多應用程式來說都是一個出色的工具，特別是那些處理簡單非同步操作並且不需要大量 CPU 處理的應用程式。然而，其基於單線程的並發模型在更複雜的場景中可能會成為瓶頸。

Elixir は、BEAM VM と軽量プロセスおよび大規模同時実行のネイティブサポートを備えており、多数の同時操作を処理し、複数のCPUスレッド間で負荷を分散する必要があるシステムに堅牢で効率的な代替手段を提供します。。復元力、スケーラビリティ、高い同時実行性が必要な場合は、Elixir が最適です。

この記事のタイトルは、Elixir と BEAM が非同期処理において Node.js より優れていることを大胆に示唆していますが、これらのテクノロジー間には大きな違いがあることを認識することが重要です。どちらを使用するかを決定するには、ここで説明した並行性と並列性だけでなく、さまざまな要素を考慮する必要があります。エコシステム、チームの言語への習熟度、特定のプロジェクト要件、実行するタスクの性質などの側面が、仕事に最適なツールを選択する際に重要な役割を果たします。結局のところ、各シナリオにはそれぞれの特徴があり、テクノロジーの選択は、プロジェクトのすべてのニーズと課題を考慮して、全体的な観点から行う必要があります。

参考文献

スレッド:

スレッドはプログラム内の実行の最小単位です。多くのオペレーティングシステムでは、プロセスに複数のスレッドを含めることができ、それぞれがプログラムの異なる部分を実行します。スレッドはメモリとリソースを共有できますが、これにより競合状態などの同時実行の問題が発生する可能性があります。

競争：

同時実行性とは、システムが複数のタスクを同時に処理できる能力です。並行システムでは、複数のタスクが同時に実行されていなくても、独立して進行できます。たとえば、BEAM は、独立して動作する競合プロセスを管理します。

イベントループ:

イベントループは、Node.js などのシステムで非同期操作を管理するために使用される設計パターンです。これは単一のスレッドで動作し、タスクを周期的に実行し、I/O や非同期実行などのイベントに応答して、長時間の操作を待機している間もプログラムが応答し続けることを保証します。

並列処理:

並列処理とは、異なる CPU コア上で複数のタスクを同時に実行することです。同時タスクの管理を指す同時実行とは異なり、並列処理にはこれらのタスクを実際に同時に実行することが含まれます。 BEAM はプロセスを複数のコアに分散して並列処理を最大化します。

軽量プロセス:

BEAM では、軽量プロセスは、従来のスレッドよりもメモリと CPU の効率がはるかに高い実行ユニットです。これらは相互に分離され、BEAM によって管理されるため、数百万の同時プロセスを作成および管理できます。

プリエンプティブなスケジューリング:

プリエンプティブスケジューリングは、オペレーティングシステムまたは仮想マシンが各プロセスにタイムスライスを割り当て、どのプロセスも CPU を独占しないようにするランタイム管理システムです。 BEAM では、これによりすべてのプロセスが公平に実行されることが保証されます。

ビームVM:

BEAM (Bogdan/Björn's Erlang Abstract Machine) は、Erlang および Elixir コードを実行する仮想マシンです。軽量プロセスを効率的に管理し、大規模な同時実行性と並列処理をサポートし、フォールトトレランスを提供する機能で知られています。

OTP (オープンテレコムプラットフォーム):

OTP は、Erlang と Elixir に付属するライブラリとデザインパターンのセットです。同時実行型、分散型、フォールトトレラントなシステムを構築するためのツールを提供し、堅牢でスケーラブルなアプリケーションの開発を促進します。

リブブ

は、Node.js での非同期 I/O 操作のサポートを提供するクロスプラットフォームライブラリです。イベントループの実装と、ネットワーク操作、ファイルシステム、スレッドなどのオペレーティングシステム機能の抽象化を担当します。 libuv を使用すると、Node.js が単一スレッドで非同期タスクを効率的に実行でき、内部スレッドプールを利用して操作をブロックし、メインイベントループの継続性を確保できます。

I/O操作

I/O (入力/出力) 操作とは、ファイルの読み取りまたは書き込み、ハードウェアデバイスとの通信、ネットワーク上のデータ交換など、プログラムと外部世界との間のあらゆる対話を指します。これらの操作は時間がかかる場合があり、多くのシステムでは、操作の完了を待っている間にプログラムがブロックされるのを防ぐために非同期で実行されます。