Node JS 异步 I/O 执行

Question

据我了解，虽然显然有一个“帮助”线程，但 Node.js 在单个线程中运行，因此，事件循环堆栈中的每个操作一个接一个地运行，其他操作并排队，而 Node 执行异步在后台进行 I/O，这样服务器就可以在执行非阻塞 I/O 的同时执行其他操作，而无需创建浪费的多个线程，I/O 完成并将其关联的回调拉入事件循环队列，这就是 Node 的重要之处。

但是，在我准备好的许多文章中，并不清楚异步 I/O 操作是否与 I/O 中的其他 I/O 操作并行运行一个单独的线程或进程，或者每个请求的 I/O 操作是否运行一个在事件循环执行其他操作时，在辅助线程中一个接一个。在阅读了“除了你的代码之外，一切都并行运行”这句话之后，这让我更加困惑。

问题是，多线程还是不多线程？如果每个异步操作都在单独的线程中运行，它使用的资源不是和 Apache 服务器一样多吗？

Answer 1

Node 本质上是非多线程的。异步性比 Node 更深，比 libuv 更深，甚至比 libuv 使用的设施（epoll、kqueue、IOCP 等）更深。

当内核收到异步请求时，它不会启动另一个执行线程。相反，它将它添加到一个简单的“注意事项”列表中。例如，如果一个进程发出网络读取请求，内核将在该列表上创建一个条目。这就像“嘿，下次有一个看起来像这样的读取请求时，让进程知道它。”完成此条目后，内核将控制权返回给进程，并且两者都继续进行愉快的工作。唯一幸存下来的是列表中的数据。

通过hardware interrupts. 向内核通知网络读取事件@ 使用中断，处理器将内核拉入一个特殊的循环——停止它目前正在做的任何事情——并告诉它该事件。然后内核检查它的未完成请求列表，并且（在 kevent AIO 的情况下）向进程发送一个类似的中断（以信号的形式），让它知道网络读取。所以，没有线程。只是打扰。

嗯，这有点简单：在非 AIO kevent 和 epoll 的情况下，内核在获得网络读取后，它会将其放入事件列表中。该过程会定期检查该事件列表，以查看是否有某些内容。

此外，从内核的角度来看，这就是所有 I/O 的工作方式。最大的区别是内核不需要进程等待内核返回它。

libuv 中实际上存在a little more complexity，因为非网络请求（以及 DNS 请求，这是一种特殊的、痛苦的网络请求形式）由线程处理。这是因为用于使这些异步的内核工具通常不是那么好，如果它们存在的话。

Answer 2

它不是多线程的，只有一个小例外。让我们稍后再讨论这个异常。首先，让我们看看为什么事情可以并行而不是多线程发生。

等待 I/O

当您通过网络发送内容时，例如，发出 http 请求、等待 http 响应完成或等待 mysql 响应，您的软件没有做任何事情。

那么，如果您的软件不执行任何操作，网络如何工作？ （对不起，如果这很明显，但指出明显的东西通常是让它变得明显的原因）。

有些事情发生在 CPU 之外

首先，大部分网络都在您的 CPU 之外。你有你的网卡缓冲数据出入。你有网络电缆中的电子或空间/空气中的光子根据网络设备发送的信号振动。你有你的路由器、你的 ISP、地球另一端的服务器等等。

以上所有内容都需要处理，以便您的http请求返回数据。在大多数语言中，虽然上述所有情况都在发生，但您的代码不会做任何事情。

在 javascript 中并非如此。当发出 I/O 请求时，解释器不会等待数据返回，而是简单地注册一个您提供的回调，以便在数据最终到达这里时执行。现在已经完成了，其他代码可以执行。也许之前请求的其他一些数据现在在这里并且可以执行该回调。也许setTimeout 已过期，是时候调用该回调了。

因此，多件事情可以并行发生，其中大部分在您的进程之外，很多在您的 CPU 之外，其中一些在另一台机器上，甚至可能在地球的另一端。在此过程中，javascript 允许您运行一些代码。

异常：磁盘 I/O

磁盘 I/O 除外。在最低级别（实际上是次低级别），C 仅公开了用于 I/O 的同步函数，例如 fread()、fwrite()。读取网络数据包在技术上也是同步的。不同之处在于网络不会立即响应，因此网络代码有大量时间等待数据包。 javascript 在这些读取和写入之间运行您的代码。但是文件系统会很高兴地告诉你数据是立即可用的。因此，与网络代码不同的是，从磁盘读取的代码大部分时间都处于忙碌状态。

对此有几种解决方法。一些操作系统甚至具有从磁盘读取的异步 API。 node.js 开发人员决定通过产生另一个线程来执行磁盘 I/O 来处理这种情况。所以对于磁盘 I/O，它是并行的，因为它是多线程的。