Node.js基础

什么是Node.js

Node.js是一个JavaScript运行环境，可以把它理解为前端中的Chrome浏览器，同时它又是跨平台的。同时由于Node.js核心模块支持网络通信、文件读写等操作，配合其他数据库提供的驱动模块即可编写服务端程序。

优缺点

优点：
1.强大的并发能力。它的事件循环机制使得Node.js在执行代码时不会被耗时的I/O操作（数据库查询、文件读写）所阻塞，可以瞬间处理大量的客户端请求，而不像大多数多线程服务器端那样受到线程数量及I/O操作耗时的影响。
2.丰富的模块，并且主流的数据库都提供了Node.js的驱动程序。

缺点：
1.CPU阻塞。虽然I/O操作不会阻塞Node.js程序，但是CPU密集型的操作却可以，因为它是单线程的，无法使用多线程来分担计算压力。
2.稳定性低。单进程单线程使得Node.js在稳定性方面不如多线程的服务器，因为一旦代码出现严重错误或者漏洞导致报错后，整个线程将无法继续工作，不过现在已经有很多方案来帮助解决这个问题，例如pm2。

Node.js的结构

Node.js 的结构大致分为三个层次：

1. Node.js 标准库，这部分是由 Javascript 编写的，即我们使用过程中直接能调用的 API。
2. Node.js bindings、C++ Addons
   Node.js的底层代码是用C++写的，并引用了C++的一些库，但是不同语言之间不能直接互相调用，所以通过bindings将C++写的核心库转成JS，Addons的作用类型，只不过它是针对第三方C++库的。
3. V8、Libuv、C-ares、http_parser、OpenSSL、zlib 等
   V8：Google 推出的 Javascript VM，也是 Node.js 为什么使用的是 Javascript 的关键，它为 Javascript 提供了在非浏览器端运行的环境，它的高效是 Node.js 之所以高效的原因之一。
   Libuv：它为 Node.js 提供了跨平台，线程池，事件池，异步 I/O 等能力，是 Node.js 如此强大的关键。
   C-ares：提供了异步处理 DNS 相关的能力。
   http_parser、OpenSSL、zlib 等：提供包括 http 解析、SSL、数据压缩等其他的能力。

Node.js运行机制

nodejs采用单线程事件循环的工作机制。

进程与线程

首先要了解一下进程与线程，我们在操作系统中启动应用程序的时候，就会创建一个或多个进程，比如打开Word，就创建了Word进程；一个进程可能要做很多事，相当于一个个子任务，这就是线程，进程是线程的容器。同一个进程中的线程之间可以共享资源，而进程之间的数据是相互隔离的，只有建立了 IPC 通信，进程之间才可数据共享。

还有一种理解是进程和线程都是一个时间段的描述，是CPU工作时间段的描述。CPU的运行速度很快，在CPU看来所有任务都是一个个轮流执行的，运行一个程序时，首先是加载程序的执行环境上下文，然后执行程序，最后保存它的上下文，再运行下一个程序。所以进程就是执行时间总和 = CPU加载上下文+CPU执行+CPU保存上下文。然而进程的颗粒度太大，如果我们把进程比喻为一个运行在电脑上的软件，一个软件的执行不可能是一条逻辑执行的，必定有多个分支或多个程序段，那么这里的每一部分就是一个线程，每一个线程共享了进程的上下文环境，它也是更为细小的CPU时间段。

传统的web服务器端是多线程的，利用多线程来处理多请求，服务端进程负责将每个请求任务分发给单个线程进行处理。首先服务端会维护一个线程池，当客户端发送请求给服务端时，会从线程池中取出线程，将请求分派给它处理；处理请求时，很可能需要读写数据库，这种I/O操作一般会消耗一定的时间造成I/O阻塞，线程读写完数据库后将结果返回，线程被释放，回到线程池中等待下次任务。在这种模式下，一个线程只能处理一个请求，一直到处理完成才能处理下一个请求，如果当前所有线程都在忙着等待I/O操作返回结果而阻塞，那么新来的请求就无法处理。此时一般会在服务器端创建一个请求队列，并按照顺序分派给可用的线程。

在Node.js中单线程执行的优势就是减少了创建、切换线程的开销，执行速度相对更快；内存占用少；并且不会因为多个线程同时读写一个文件而产生问题；
但是单线程的容错性差，如果一个线程出错会导致整个进程崩溃，并且CPU利用率也不足，单线程只利用了CPU的一个核，另外遇到CPU密集型的操作时也会造成阻塞。

事件循环

如果按照上面的处理方式，那单线程岂不是一次只能处理一个请求？当然不是，它还有一个运行机制，叫做事件循环，过程如下：
1.Node.js服务端启动并初始化一个事件队列，然后创建一个事件循环，它是无限循环的单线程。
2.客户端发起请求。
3.服务端接收请求并放入事件队列。
4.事件循环检查事件队列，采取先进先出的原则取出请求，判断请求是否会阻塞I/O，如果会就从底层的线程池中取出线程来处理请求（底层是C++），事件循环继续执行。如果不会阻塞，那么事件循环线程处理请求。
5.线程处理完请求后返回结果。
这种方式和多线程直接处理多请求的方式的优势在于，当线程池中的线程都被阻塞时，事件循环线程不受影响，当有新的请求过来时，如果是非阻塞I/O请求，事件循环线程可以直接处理并返回结果。