3.1 为什么是异步I/O

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这一小节是第三章的开篇,朴灵作者用非常清晰的逻辑解释了:为什么Node.js必须选择异步I/O模型,而不能像传统服务器那样用阻塞I/O。

核心问题:高并发场景下的资源利用率

作者先抛出一个现实问题:
现代Web应用往往需要处理大量并发连接(成千上万甚至更多),典型场景包括:

  • 静态文件服务
  • 数据库查询
  • 第三方API调用
  • WebSocket长连接

如果采用传统的阻塞I/O(同步I/O),会发生什么?

阻塞I/O的两种常见实现方式及其缺陷

  1. 多进程模型(如早期的Apache prefork模式)

    • 每个连接fork一个进程
    • 优点:简单、隔离好
    • 缺点:进程创建/销毁开销极大,内存占用高,几千并发就容易耗尽资源
  2. 多线程模型(如Apache worker模式、Java Tomcat、PHP-FPM)

    • 每个连接一个线程
    • 优点:比进程轻量
    • 缺点:
      • 线程栈默认1~8MB,1万个连接就可能占用几十GB内存
      • 上下文切换开销大(CPU在大量线程间切换)
      • 仍存在阻塞:一个慢请求(如数据库查询)会卡住整个线程

作者用一个经典比喻:

想象一家餐厅(服务器),顾客(请求)很多。如果每个顾客点菜后,服务员(线程)就站在旁边干等厨房做好菜才去服务下一个顾客,那服务员的利用率极低,大部分时间在“阻塞等待”。餐厅要服务更多顾客,就得雇更多服务员,成本爆炸。

异步I/O(非阻塞I/O)的优势

异步I/O的思路是:

  • 服务员点完菜后就去服务其他顾客
  • 厨房做好菜后主动通知服务员(回调或事件)
  • 一个服务员就能高效服务大量顾客

在操作系统层面:

  • 用户态发起I/O请求后立即返回,不等待
  • 内核完成I/O后通过信号、回调等方式通知
  • 应用程序只需一个线程(或少量线程)就能处理海量并发

异步I/O带来的好处

  • 极高的并发能力:单线程轻松处理上万连接
  • 资源占用极低:内存、CPU开销小
  • 响应延迟低:快速请求不会被慢请求阻塞

Node选择的必然性

JavaScript本身是单线程语言(浏览器遗留),没有线程管理负担。
Ryan Dahl在创建Node时明确目标:构建高性能Web服务器,处理大量I/O密集型请求(而非CPU密集计算)。
因此,异步I/O + 事件驱动成为Node的必然选择。

作者最后总结一句话(很多读者都记住了):

“Node.js生来就是为了解决I/O瓶颈而设计的。”

这一小节读完,你就明白了Node的核心哲学:让I/O不再成为瓶颈,让单线程发挥最大效能