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    异步式IO与事件式编程
    时间:2017-04-21作者:华清远见
    Node.js最大的特点就是异步式I/O(或者非阻塞I/O)与事件紧密结合的编程模式。这种模式与传统的同步式I/O线性的编程思路有很大的不同,因为控制流很大程度上要靠事件和回调函数来组织,一个逻辑要拆分为若干个单元。 “异步”这个词其实很早就诞生了,但是它的大规模流行却在Web2.0浪潮中,它伴随着AJAX的第一个A(Asynchronous)席卷了Web界。 什么是阻塞(block)呢?线程在执行中如果遇到磁盘读写或网络通信(统称为I/O操作),通常要耗费较长的时间,这时操作系统会剥夺这个线程的CPU控制权,使其暂停执行,同时将资源让给其他的工作线程,这种线程调度方式称为阻塞。当I/O操作完毕时,操作系统将这个线程的阻塞状态解除,恢复其对CPU的控制权,令其继续执行。这种I/O模式就是通常的同步式I/OSynchronousI/O)或阻塞式I/O(BlockingI/O)。 相应地,异步式I/O(AsynchronousI/O)或非阻塞式I/O(Non-blockingI/O)则针对所有I/O操作不采用阻塞的策略。当线程遇到I/O操作时,不会以阻塞的方式等待I/O操作的完成或数据的返回,而只是将I/O请求发送给操作系统,继续执行下一条语句。当操作系统完成I/O操作时,以事件的形式通知执行I/O操作的线程,线程会在特定时候处理这个事件。为了处理异步I/O,线程必须有事件循环,不断地检查有没有未处理的事件,依次予以处理。 阻塞模式下,一个线程只能处理一项任务,要想提高吞吐量必须通过多线程。而非阻塞模式下,一个线程永远在执行计算操作,这个线程所使用的CPU核心利用率永远是100%,I/O以事件的方式通知。在阻塞模式下,多线程往往能提高系统吞吐量,因为一个线程阻塞时还有其他线程在工作,多线程可以让CPU资源不被阻塞中的线程浪费。而在非阻塞模式下,线程不会被I/O阻塞,永远在利用CPU。多线程带来的好处仅仅是在多核CPU的情况下利用更多的核,而Node.js的单线程也能带来同样的好处。这就是为什么Node.js使用了单线程、非阻塞的事件编程模式。假设我们有一项工作,可以分为两个计算部分和一个I/O部分,I/O部分占的时间比计算多得多(通常都是这样)。如果我们使用阻塞I/O,那么要想获得高并发就必须开启多个线程。而使用异步式I/O时,单线程即可胜任。   单线程事件驱动的异步式I/O比传统的多线程阻塞式I/O究竟好在哪里呢?简而言之,异步式I/O就是少了多线程的开销。对操作系统来说,创建一个线程的代价是十分昂贵的,需要给它分配内存、列入调度,同时在线程切换的时候还要执行内存换页,CPU的缓存被清空,切换回来的时候还要重新从内存中读取信息,破坏了数据的局部性。 当然,异步式编程的缺点在于不符合人们一般的程序设计思维,容易让控制流变得晦涩难懂,给编码和调试都带来不小的困难。习惯传统编程模式的开发者在刚刚接触到大规模的异步式应用时往往会无所适从,但慢慢习惯以后会好很多。尽管如此,异步式编程还是较为困难,不过可喜的是现在已经有了不少专门解决异步式编程问题的库(如async)。

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