node中异步IO的理解 2019-09-24

解释性语言和编译型语言的区别:

计算器不能直接的理解高级语言,只能理解机器语言,所以必须把高级语言翻译为机器语言,翻译的方式有两种,一个是编译,一个是解释。

解释性语言的程序不需要编译,它是在运行程序的时候进行翻译,比如java,专门有一个解释器可以直接执行Java程序,每一个语句都是执行的时候才能翻译,编译型就是编译的时候直接编译成机器可以执行的,编译和执行时分开的,但是不能跨平台。因为翻译只做了一次,运行的时候不需要再去翻译,所以编译型语言的程序执行效率高。

对于解释性语言,程序运行时的控制权在解释器而不在于程序,对于编译型语言程序运行时的控制权在程序。

进程的前台运行和后台运行

后台进程是一直运行的服务端程序,又称为守护进程,通常是在系统后台运行,没有控制终端,不与前台交互,一般作为系统服务使用。其称为后台进程的原因大部分是因为它没有控制端,无法和前台的用户交互。

相对应的前台进程,就是我们在终端中开启的进程,例如我们在终端中npm run server.js启动一个webServer,此时启动的进程就是前台进程,当你把当前的命令行终端进行关闭了之后,该进程也便被杀死了。

node中的阻塞/非阻塞IO和同步/异步IO

表面上来看,这两组的概念都差不多,阻塞/非阻塞IO,是操作系统内核对于IO的两种处理方式,对于阻塞IO,比如读取文件,操作系统在读取完文件之后,才会给应用程序返回结果,这一段过程呢,应用程序在等待操作系统的回复,是为应用层面的同步IO。

对于非阻塞IO,操作系统在接收到应用程序对于读取文件的请求时,立即返回给应用程序一个结果,但是应用程序怎么知道操作系统完成了IO操作呢?这时候应用程序就会对操作系统发起询问(你到底好了没有?人家都快急死了),发起询问的方法又经过好几种演变,比如read、poll、epoll等,中间多的无非就是根据文件描述符减少询问的次数,总体上来说这种方式不好。并不能达到我们理想的异步IO。

那么从应用程序方面来将,我们期望的异步IO,就是应用程序进行了IO操作之后,不再需要操心操作系统什么时候返回,去执行下边的代码就行了,当操作执行完了之后呢,直接给应用程序发信息告诉他就行了。Linux系统下原生提供了一种AIO是通过信号或者回调来传递数据的,这个AIO就是我们的理想的异步IO。但是不幸的是只有Linux中有,而且无法利用系统缓存。

node(单线程)中对于*nix平台而言,采用的是线程池+epoll异步IO模拟实现应用程序层面的异步IO,主线程进行执行程序,碰到我们异步IO调用时,将改异步IO分配给线程池中的某一个线程,然后就变成了线程池中的某个线程和操作系统的阻塞IO进行IO操作,当IO线程接收到操作系统的阻塞IO执行的返回结果之后,IO线程再发送时间给主线程。

node中对于window平台而言,是依靠于IOCP来实现的,其内部仍然是线程池原理,不同之处在于这些线程池由系统内核接手管理。

node中对于异步IO的实现:

对于异步IO的实现,其中有几个组成部分:事件循环、观察者、请求对象

事件循环是node中的一种执行机制,这种机制是回调执行的基础部分,它保证了我们的回调函数能够被执行。

观察者是暴露回调函数的窗口,如果整体的场景为饮料工厂的话,我们的瓶子就是我们的回调函数,事件循环就是传送带在那一直转,而观察者就是瓶子就如机器的入口,机器就是我们的应用程序。所以应用程序从观察者这里获取事件,应用程序询问观察者是否还有事件。

请求对象,是应用程序封装的一个对象,里边包含了要做的IO操作类型,以及回调函数。

整体流程就是,异步调用开始之后,应用程序封装一个请求对象,送入我们的线程池中的某个线程,该线程和操作系统的非阻塞IO通过epoll机制进行工作,这其中,会有观察者在线程池中进行检查,当某个线程的IO操作完成之后,观察者会将回调函数(封装在请求对象中的)放在事件循环上(上段提到的传送带),然后主线程调用回调函数。

参考:《深入浅出Node.js》问题思考:

操作系统的线程与CPU中的线程有什么不同?

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