异步IO(asynchronous I/O)
首先来理解几个容易混淆的概念,阻塞IO(blocking I/O)
和非阻塞IO(non-blocking I/O)
,同步IO(synchronous I/O)和异步IO(synchronous I/O)
。
博主一直天真的以为非阻塞I/O
就是异步I/O
T_T,apue
一直没有读懂。
阻塞I/O 和 非阻塞I/O
简单来说,阻塞I/O就是当用户发一个读取文件描述符的操作的时候,进程就会被阻塞,直到要读取的数据全部准备好返回给用户,这时候进程才会解除block
态。
那非阻塞I/O呢,就与上面的情况相反,用户发起一个读取文件描述符操作的时,函数立即返回,不作任何等待,进程继续执行。但是程序如何知道要读取的数据已经准备好了呢?最简单的方法就是轮询。
除此之外,还有一种叫做IO多路复用
的模式,就是用一个阻塞函数同时监听多个文件描述符,当其中有一个文件描述符准备好了,就马上返回,在linux
下,select
,poll
,epoll
都提供了IO多路复用
的功能。
同步I/O 和 异步I/O
那么同步I/O
和异步I/O
又有什么区别么?是不是只要做到非阻塞IO
就可以实现异步I/O
呢?
其实不然。
-
同步I/O(synchronous I/O)
做I/O operation
的时候会将process阻塞,所以阻塞I/O
,非阻塞I/O
,IO多路复用I/O
都是同步I/O
。 -
异步I/O(asynchronous I/O)
做I/O opertaion
的时候将不会造成任何的阻塞。
非阻塞I/O
都不阻塞了为什么不是异步I/O
呢?其实当非阻塞I/O
准备好数据以后还是要阻塞住进程去内核拿数据的。所以算不上异步I/O
。
这里借一张图来说明他们之间的区别:
事件驱动
事件驱动(event-driven)
是nodejs
中的第二大特性。何为事件驱动
呢?简单来说,就是通过监听事件的状态变化来做出相应的操作。比如读取一个文件,文件读取完毕,或者文件读取错误,那么就触发对应的状态,然后调用对应的回掉函数来进行处理。
线程驱动和事件驱动
那么线程驱动
编程和事件驱动
编程之间的区别是什么呢?
线程驱动
就是当收到一个请求的时候,将会为该请求开一个新的线程来处理请求。一般存在一个线程池,线程池中有空闲的线程,会从线程池中拿取线程来进行处理,如果线程池中没有空闲的线程,新来的请求将会进入队列排队,直到线程池中空闲线程。
-
事件驱动
就是当进来一个新的请求的时,请求将会被压入队列中,然后通过一个循环来检测队列中的事件状态变化,如果检测到有状态变化的事件,那么就执行该事件对应的处理代码,一般都是回调函数。
对于事件驱动
编程来说,如果某个时间的回调函数是计算密集型
,或者是阻塞I/O
,那么这个回调函数将会阻塞后面所有事件回调函数的执行。这一点尤为重要。
nodejs的事件驱动和异步I/O
事件驱动模型
上面介绍了那么多的概念,现在我们来看看nodejs
中的事件驱动
和异步I/O
是如何实现的.
nodejs
是单线程(single thread)运行的,通过一个事件循环(event-loop)来循环取出消息队列(event-queue)中的消息进行处理,处理过程基本上就是去调用该消息对应的回调函数。消息队列就是当一个事件状态发生变化时,就将一个消息压入队列中。
nodejs
的时间驱动模型一般要注意下面几个点:
-
因为是单线程的,所以当顺序执行
js
文件中的代码的时候,事件循环是被暂停的。 -
当
js
文件执行完以后,事件循环开始运行,并从消息队列中取出消息,开始执行回调函数 -
因为是单线程的,所以当回调函数被执行的时候,事件循环是被暂停的
-
当涉及到I/O操作的时候,
nodejs
会开一个独立的线程来进行异步I/O
操作,操作结束以后将消息压入消息队列。
下面我们从一个简单的js
文件入手,来看看 nodejs
是如何执行的。
var fs = require("fs");
var debug = require('debug')('example1');
debug("begin");
fs.readFile('package.json','utf-8',function(err,data){
if(err)
debug(err);
else
debug("get file content");
});
setTimeout(function(){
debug("timeout2");
});
debug('end'); // 运行到这里之前,事件循环是暂停的
-
同步执行
debug("begin")
-
异步调用
fs.readFile()
,此时会开一个新的线程去进行异步I/O
操作 -
异步调用
setTimeout()
,马上将超时信息压入到消息队列中 -
同步调用
debug("end")
-
开启事件循环,弹出消息队列中的信息(目前是超时信息)
-
然后执行信息对应的回调函数(事件循环又被暂停)
-
回调函数执行结束后,开始事件循环(目前消息队列中没有任何东西,文件还没读完)
-
异步I/O
读取文件完毕,将消息压入消息队列(消息中含有文件内容或者是出错信息) -
事件循环取得消息,执行回调
-
程序退出。
这里借一张图来说明nodejs
的事件驱动模型
这里最后要说的一点就是如何手动将一个函数推入队列,nodejs
为我们提供了几个比较方便的方法:
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setTimeout()
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process.nextTick()
-
setImmediate()
异步I/O
nodejs
中的异步I/O
的操作是通过libuv
这个库来实现的,包含了window
和linux
下面的异步I/O
实现,感兴趣的读者可以移步到这里。