深入学习Nodejs(1)——基础概念

时间:2021-7-21 作者:qvyue

前言

现在 Node.js 对于前端越来越重要,笔者现在也感受到了学好 Node.js 可以极大的提升前端竞争力。之前也或多或少的接触过,但是没有一个系统的学习过程,所以笔者接下来打算系统的去学习 Node.js,同时希望建立一个从零到一学习 Node 的一个博客。

希望我的学习经验可以帮助到大家。

Node.js 是什么

都 2020 年了,大家对 Node 肯定都有了初步的了解,但是我还是想先介绍一下什么是 Node

Node.js是一个基于 Chrome V8 引擎的JavaScript运行环境(runtime)。

Node不是一门语言是让js运行在后端的运行时,并且不包括javascript全集,因为在服务端中不包含DOM和BOM。Node也提供了一些新的模块例如http,fs模块等。

Node.js 使用了事件驱动、非阻塞式 I/O 的模型,使其轻量又高效。并且 Node.js 的包管理器 npm,是全球最大的开源库生态系统。

为什么使用要学习 Node.js

(1)首先 Node 在处理高并发,IO密集场景有明显优势。

高并发是指同一时间并发访问服务器

IO即输入输出,是指文件读写,网络操作,数据库操作等。相对的是 CPU 密集型,意思是逻辑处理运输频繁,一般指解密、加密、压缩、解压等操作。

(2)其次,现在前端开发越来越离不开 Node。日常工作中的 webpack、cli 脚手架工具等都是由 Node 编写。前端学会 Node 会极大的增加自己的话语权,提高自己的竞争力。

异步非阻塞 IO

传统语言例如大部分都是采用同步阻塞的方式,即当我读取某个文件的内容时,我必须等待所有文件内容读取完毕才能进行下面的内容,因此整个线程都将停止执行,造成了阻塞,极大程度的降低了执行效率。

由于 Node.js 采用异步非阻塞的模型,因此当我对读取某个文件时,将立即执行下面的代码,当文件读取完毕,将处理结果放入我们的回调函数当中,增加了执行效率。

阻塞模式下,一个线程只能处理一个 IO,如果想并发处理多个任务只能开启多个线程。而非阻塞模式下一个线程就可以处理多个 IO,CPU 的利用率可以达到最大。

单线程

Node.js 采用单线程模式,这也良好的适用了单线程非阻塞的模式。当 Node.js 需要处理 IO 时,会将任务交给内部的 libuv,libuv 处理完成后,通过 IO 事件驱动机制,将结果返回给 Node.js 的线程。

事件驱动

每一次 IO 操作完成都会触发相应的事件,由于 Node.js 是单线程,所以同一时刻只能处理一个任务,那多余的任务只能放到队列中等待被调用。而为了处理这一过程 Node.js 采用了事件循环的策略,类似于浏览器的事件循环,但有很多出入。

事件循环

当 Node.js 启动后,它会初始化事件循环,处理已提供的输入脚本,它可能会调用一些异步的 API、调度定时器,或者调用 process.nextTick(),然后开始处理事件循环。

下面是一张来自官网的事件循环的描述图。

深入学习Nodejs(1)——基础概念
image.png

事件循环官网介绍的非常清楚,我这里把官网的内容搬运过来。

注意:每个框被称为事件循环机制的一个阶段。

每个阶段都有一个 FIFO 队列来执行回调。虽然每个阶段都是特殊的,但通常情况下,当事件循环进入给定的阶段时,它将执行特定于该阶段的任何操作,然后执行该阶段队列中的回调,直到队列用尽或最大回调数已执行。当该队列已用尽或达到回调限制,事件循环将移动到下一阶段,等等。

由于这些操作中的任何一个都可能调度 更多的 操作和由内核排列在轮询阶段被处理的新事件, 且在处理轮询中的事件时,轮询事件可以排队。因此,长时间运行的回调可以允许轮询阶段运行长于计时器的阈值时间。

阶段概述

  • 定时器:本阶段执行已经被 setTimeout() 和 setInterval() 的调度回调函数。
  • 待定回调(pending callbacks):执行延迟到下一个循环迭代的 I/O 回调。
  • idle, prepare:仅系统内部使用。
  • 轮询(poll):检索新的 I/O 事件;执行与 I/O 相关的回调(几乎所有情况下,除了关闭的回调函数,那些由计时器和 setImmediate() 调度的之外),其余情况 node 将在适当的时候在此阻塞。
  • 检测(check):setImmediate() 回调函数在这里执行。
  • 关闭的回调函数(close callbacks):一些关闭的回调函数,如:socket.on(‘close’, …)。

在每次运行的事件循环之间,Node.js 检查它是否在等待任何异步 I/O 或计时器,如果没有的话,则完全关闭。

阶段的详细概述

定时器

计时器指定 可以执行所提供回调 的 阈值,而不是用户希望其执行的确切时间。在指定的一段时间间隔后, 计时器回调将被尽可能早地运行。但是,操作系统调度或其它正在运行的回调可能会延迟它们。

注意轮询 阶段 控制何时定时器执行。

例如,假设您调度了一个在 100 毫秒后超时的定时器,然后您的脚本开始异步读取会耗费 95 毫秒的文件:

const fs = require('fs');

function someAsyncOperation(callback) {
  // Assume this takes 95ms to complete
  fs.readFile('/path/to/file', callback);
}

const timeoutScheduled = Date.now();

setTimeout(() => {
  const delay = Date.now() - timeoutScheduled;

  console.log(`${delay}ms have passed since I was scheduled`);
}, 100);

// do someAsyncOperation which takes 95 ms to complete
someAsyncOperation(() => {
  const startCallback = Date.now();

  // do something that will take 10ms...
  while (Date.now() - startCallback 

当事件循环进入 轮询 阶段时,它有一个空队列(此时 fs.readFile() 尚未完成),因此它将等待剩下的毫秒数,直到达到最快的一个计时器阈值为止。当它等待 95 毫秒过后时,fs.readFile() 完成读取文件,它的那个需要 10 毫秒才能完成的回调,将被添加到 轮询 队列中并执行。当回调完成时,队列中不再有回调,因此事件循环机制将查看最快到达阈值的计时器,然后将回到 计时器 阶段,以执行定时器的回调。在本示例中,您将看到调度计时器到它的回调被执行之间的总延迟将为 105 毫秒。

注意:为了防止 轮询 阶段饿死事件循环,libuv(实现 Node.js 事件循环和平台的所有异步行为的 C 函数库),在停止轮询以获得更多事件之前,还有一个硬性最大值(依赖于系统)。

挂起的回调函数(pending callbacks)

此阶段对某些系统操作(如 TCP 错误类型)执行回调。例如,如果 TCP 套接字在尝试连接时接收到 ECONNREFUSED,则某些 *nix 的系统希望等待报告错误。这将被排队以在 挂起的回调 阶段执行。

轮询

轮询 阶段有两个重要的功能:

  1. 计算应该阻塞和轮询 I/O 的时间。
  2. 然后,处理 轮询 队列里的事件。

当事件循环进入 轮询 阶段且 没有被调度的计时器时 ,将发生以下两种情况之一:

  • 如果 轮询 队列 不是空的 ,事件循环将循环访问回调队列并同步执行它们,直到队列已用尽,或者达到了与系统相关的硬性限制。

  • 如果 轮询 队列 是空的 ,还有两件事发生:

    • 如果脚本被 setImmediate() 调度,则事件循环将结束 轮询 阶段,并继续 检查 阶段以执行那些被调度的脚本。
    • 如果脚本 未被 setImmediate()调度,则事件循环将等待回调被添加到队列中,然后立即执行。

一旦 轮询 队列为空,事件循环将检查 已达到时间阈值的计时器。如果一个或多个计时器已准备就绪,则事件循环将绕回计时器阶段以执行这些计时器的回调

检查阶段

此阶段允许人员在轮询阶段完成后立即执行回调。如果轮询阶段变为空闲状态,并且脚本使用 setImmediate() 后被排列在队列中,则事件循环可能继续到 检查 阶段而不是等待。

setImmediate() 实际上是一个在事件循环的单独阶段运行的特殊计时器。它使用一个 libuv API 来安排回调在 轮询 阶段完成后执行。

通常,在执行代码时,事件循环最终会命中轮询阶段,在那等待传入连接、请求等。但是,如果回调已使用 setImmediate()调度过,并且轮询阶段变为空闲状态,则它将结束此阶段,并继续到检查阶段而不是继续等待轮询事件

以上事件循环过程的内容来自 Node.js 官网

微任务

熟悉浏览器事件循环的都知道,每次宏任务执行完毕都会执行微任务队列里的任务。同样 Node.js 也有微任务,只不过它有两个微任务队列,分别是 process.nextTick 与 Promise。

每个阶段执行完毕都会去执行 process.nextTick 队列内的任务与 promise 队列内的任务。process.nextTick 的优先级高于 promise。

距离说明

Promise.resolve().then(() => console.log('promise'))

process.nextTick(() => console.log('nextTick'))

// 输出结果

// nextTick
// promise

以上就是 Node.js 的一些基础概念。

声明:本文内容由互联网用户自发贡献自行上传,本网站不拥有所有权,未作人工编辑处理,也不承担相关法律责任。如果您发现有涉嫌版权的内容,欢迎发送邮件至:qvyue@qq.com 进行举报,并提供相关证据,工作人员会在5个工作日内联系你,一经查实,本站将立刻删除涉嫌侵权内容。