深入理解Nodejs单线程实现高并发原理

一直都说nodejs是可以支持高并发的，但是是nodejs不是单进程单线程模式吗？那它的高并发到底是怎么回事呢？

nodejs单进程单线程事件驱动

Node遵循的是单线程单进程的模式，node的单线程是指js的引擎只有一个实例，且在nodejs的主线程中执行，同时node以事件驱动的方式处理IO等异步操作。node的单线程模式，只维持一个主线程，大大减少了线程间切换的开销，但是会有多个worker线程，用于执行异步操作。

但是node的单线程使得在主线程不能进行CPU密集型操作，否则会阻塞主线程。对于CPU密集型操作，在node中通过 child_process 可以创建独立的子进程，父子进程通过IPC通信，子进程可以是外部应用也可以是node子程序，子进程执行后可以将结果返回给父进程。

Node.js的运行机制

• V8引擎解析JavaScript脚本。
• 解析后的代码，调用Node API。
• libuv库负责Node API的执行。它将不同的任务分配给不同的worker线程，形成一个Event Loop（事件循环），以异步的方式将任务的执行结果返回给V8引擎。
• V8引擎再将结果返回给用户。
  

这个图是整个 Node.js 的运行原理，从左到右，从上到下，Node.js 被分为了四层，分别是 应用层、V8引擎层、Node API层 和 LIBUV层。

• 应用层： 即 JavaScript 交互层，常见的就是 Node.js 的模块，比如 http，fs
• V8引擎层： 即利用 V8 引擎来解析JavaScript 语法，进而和下层 API 交互
• NodeAPI层： 为上层模块提供系统调用，一般是由 C 语言来实现，和操作系统进行交互 。
• LIBUV层： 是跨平台的底层封装，实现了 事件循环、文件操作等，是 Node.js 实现异步的核心

Node.js 事件循环

Node.js 通常情况下是单进程的。

• 主线程运行 V8 和 Javascript
• 多个子线程通过 事件循环 被调度

事件循环：
事件循环是一种编程构造，用于等待和分派程序中的事件或消息, 主线程从"任务队列"中读取事件，这个过程是循环不断的，所以整个的这种运行机制又称为Event Loop（事件循环）

事件队列：
当用户的网络请求或者其它的异步操作到来时，node都会把它放到Event Queue之中，此时并不会立即执行它，代码也不会被阻塞，继续往下走，直到主线程代码执行完毕。

任务队列：
任务队列"是一个事件的队列（也可以理解成消息的队列），IO设备完成一项任务，就在"任务队列"中添加一个事件，表示相关的异步任务可以进入"执行栈"了。主线程读取"任务队列"，就是读取里面有哪些事件。

事件驱动：
实质是通过主循环加事件触发方式运行程序
node
Node.js 不是一门语言也不是框架，它只是基于 Google V8 引擎的 JavaScript 运行时环境,是对 js 功能的拓展。提供了网络、文件、dns 解析、进程线程等功能。

libuv
libuv是专门为Node.js开发的一个封装库，提供跨平台的异步I/O能力。

注意：

1. 一个事件循环有一个或多个任务队列。一个任务队列是一组的任务
2. Libuv 主要是，利用系统提供的事件驱动模块解决网络异步 IO，利用线程池解决文件IO。另外还实现了定时器，对进程、线程等使用进行了封装。

其实这里的事件循环和js在浏览器的事件循环是一样的，主线程允许同步代码，异步代码放到对应的工作线程中执行，回调执行结果后放进事件队列，待主线程执行事件队列的任务。

事件驱动+事件循环实现高并发

具体执行顺序：

1、每个Node.js进程只有一个主线程在执行程序代码，形成一个执行栈（execution context stack)

2、主线程之外，还维护了一个"事件队列"（Event queue）。当用户的网络请求或者其它的异步操作到来时，node都会把它放到Event Queue之中，此时并不会立即执行它，代码也不会被阻塞，继续往下走，直到主线程代码执行完毕。

3、主线程代码执行完毕完成后，然后通过Event Loop，也就是事件循环机制，开始到Event Queue的开头取出第一个事件，从线程池中分配一个线程去执行这个事件，接下来继续取出第二个事件，再从线程池中分配一个线程去执行，然后第三个，第四个。主线程不断的检查事件队列中是否有未执行的事件，直到事件队列中所有事件都执行完了，此后每当有新的事件加入到事件队列中，都会通知主线程按顺序取出交EventLoop处理。当有事件执行完毕后，会通知主线程，主线程执行回调，线程归还给线程池。

注意

我们所看到的node.js单线程只是一个js主线程与ui渲染共享一个线程，本质上的异步操作还是由线程池完成的，node将所有的阻塞操作都交给了内部的线程池去实现，本身只负责不断的往返调度，并没有进行真正的I/O操作，从而实现异步非阻塞I/O，这便是node单线程和事件驱动的精髓之处了。

总结：

1、libuv 线程池默认打开 4 个，最多打开 128个 线程。（例如：以前 web 服务器同一时间比如说最多只能接收 100 个请求，多的就无法接收了，服务器就挂掉了。nodejs 所谓的高并发是指可以同时接收 1000、10000 个请求，只不过以排队的方式在等待。）

2、主线程执行js，是单线程的，js代码在做大量计算就是cpu密集了。主线程不空闲出来也没法处理 io 的事，所以就会阻塞了。

3、回调只能保证某个请求按照顺序执行，不能保证多个请求访问一个资源的先后顺序，多个请求访问一个资源是要加锁的，用事务加锁就行。

参考文献：

• 多进程优化：Node.js子进程与线程
• 深入理解NodeJS事件循环机制
• node高并发原理机制