异步IO

Node基调=异步IO（事件循环+IO线程池）+单线程+事件驱动

一.为什么要异步IO

Node面向网络设计（跨网络），导致并发是标配。具体从用户体验和资源分配展开：

1. 用户体验

前端浏览器 JS执行与UI渲染共用一个线程，因此JS的阻塞（同步请求）会导致UI渲染阻塞（用户交互体验差）。
前端通过异步请求解决这个问题。
在后端，由于数据分布式已成常态，因此异步IO可以有效地提高资源请求速度，也因此可以更快的响应前端请求，提高用户体验。

2. 资源分配

• 多线程能够提高CPU使用率，但会带来死锁 状态同步 线程创建和切换开销等问题。
• 同步IO会阻塞硬件资源。

基于以上两点，单线程异步IO成了最优解（通过子进程提高CPU使用率）。

二.异步IO实现现状

1. 异步IO与非阻塞IO

异步IO看起来等同于非阻塞IO，但从计算机系统内核的角度而言，只认阻塞/非阻塞IO，将其提供给应用程序（调用方）。

• 阻塞IO特点是++一定需要在系统内核层面完成所有操作，调用才完成++

• 非阻塞IO特点是 ++不带数据直接返回，但想要获取数据，还得轮询++

2. 理想的非阻塞异步IO

...

3. 现实异步IO

要实现理想的异步IO，需要使用线程池来模拟异步IO。

三.Node的异步IO

Node异步IO的实现=事件循环（Node的执行模型）+观察者+请求对象

1. 事件循环

Node进程开启后,会执行一个类似while(true)的循环（Tick），循环体是：

• Node进程开始，检查是否有事件待处理
  • 有事件：取出事件，检查是否有关联回调
    • 有回调：执行回调
    • 无回调：本轮循环结束，开始下一循环
  • 无事件：结束Node进程

2. 观察者

• Node进程通过观察者来判断是否有事件需要处理：Node在每轮Tick，都会询问观察者是否有事件待处理。
• 观察者可以有多个
• 一个观察者可以对应多个事件，++观察者将事件分类++。

3. 请求对象

请求对象是 JS执行异步IO调用到 到 回调函数执行 这一过程中重要的中间产物。

异步IO第一阶段

• 发起异步IO调用
  • JS调用fs核心模块
  • 核心模块调用C++内建模块
  • libuv进行平台判断
  • 调用uv_fs_open()
• uv_fs_open函数中包装请求对象
  JS调用时传入的参数和回调都会被作为属性添加到请求对象FSReqWrap中。
• 将请求对象推入线程池

4. 执行回调

异步IO第二阶段

• IO操作执行完成后，将结果添加到请求对象result属性，并丢给IO观察者
• 事件循环通过IO观察者获取到请求对象，作为事件处理。

5. 小结

四.非IO的异步API

1. 定时器

JS调用的定时器将被插入到定时器观察者的红黑树中，每次Tick都会检查下是否超过时间，如果超过，就形成一个事件，回调函数立即执行。

2. process.nextTick()

相较于创建定时器对象，process.nextTick()更加轻量，它只会将++回调放入队列++，在下一次Tick时取出执行。

3. setImmediate()

setImmediate()效果看起来与process.nextTick()一样。两者区别:

• 优先级不同：setImmediate()属于check观察者，process.nextTick()属于idle观察者，事件循环对于两种观察者的检查优先级不同：++idle观察者>IO观察者>check观察者++
• 实现不同：process.nextTick()将回调保存在一个数组，setImmediate()将回调保存在链表中。每轮Tick，数组中的回调会全部执行完，而链表中的回调每轮只会执行一个。

// 加入两个nextTick()的回调函数
process.nextTick(function () {
  console.log('nextTick延迟执行1');
});
process.nextTick(function () {
  console.log('nextTick延迟执行2');
});
// 加入两个setImmediate()的回调函数
setImmediate(function () {
  console.log('setImmediate延迟执行1');
  // 进入下次循环
  process.nextTick(function () {
    console.log('强势插入');
  });
});
setImmediate(function () {
  console.log('setImmediate延迟执行2');
});
console.log('正常执行');

正常执行
nextTick延迟执行1
nextTick延迟执行2
setImmediate延迟执行1
强势插入
setImmediate延迟执行2

五.事件驱动与高性能服务器

事件驱动的实质是++主循环+事件触发++

IO观察者的事件回调，理解为接收请求这一事件的回调。

六.总结

事件循环是异步实现的核心，与浏览器端的执行模型基本保持一致。