【Node.js】线程和线程池，事件循环，事件驱动架构，流，模块

Node.js 架构

Node.js是一个JavaScript语言运行时(Runtime)

• 用户可以在浏览器之外的环境使用JavaScript

• 可以使用javascript代码实现后端开发

Chrome v8（C++，js）

将js code转化为machine code

libuv（C++）

focus on asynchronous I/O，与计算机操作系统、文件系统、网络等关联。事件循环与线程池由它实现。事件循环解决简单的回调函数，Network IO；线程池：do heavy works如获取文件，压缩等。 下面四个库，大概了解

线程、线程池

大概理解一下进程和线程：

一个正在运行的程序就是一个进程（process），Node.js运行时就会开启一个进程；一个指令序列就是一个线程（thread），我们的code就在这里运行。

单线程+事件循环

• top level code：不在任何回调函数中的代码
• event loop ：事件循环，大部分应用的工作在这里实现
• heavy/expensive tasks：一些会使事件循环阻塞的代码

事件循环干了什么

• receive events ：当事件完成时，它会接收到完成的信号
• call their callback functions：这些callbacks调用的顺序？
• offload heavy tasks

事件循环的阶段

事件循环有很多阶段，每个阶段有自己的回调队列。队列中的回调函数依次执行，直到队列中没有回调函数，事件循环进入下一阶段。区分：一次循环（a circle,a tick),一个阶段（phase)。

• 超时的计时器
  • 如果在其他阶段计时器超时了，它会等到下一次循环的此阶段执行callback
• 网络或文件请求：polling = looking for new I/O event
• 特殊的立即执行计时器
• 关闭回调
• 两个特殊的阶段：
  • nextTick和微任务队列——主要解决成功的Promise，这两个队列中若有回调要执行，会直接在当前阶段之后立即执行，而不必等到下一次循环。

何时退出循环？轮询有无pending的timer 或 I/O ：如我们的.listen(),就使得程序保持监听是否有 HTTP请求 ，而非退出。

不要写阻塞的代码

事件循环代码说明

1.没有异步在回调函数里（没有事件循环）

const fs = require('fs')
setTimeout(() => console.log("Timer 1 finished"), 0);
setImmediate(() => console.log("Immediate 1 finished"));

fs.readFile("test-file.txt", () => {
  console.log("I/O finished");
});
console.log("Hello from the top level code")

输出：

Hello from the top level code
Timer 1 finished
Immediate 1 finished
I/O finished

2.事件循环的阶段

//...同上
fs.readFile("test-file.txt", () => {
  console.log("I/O finished");
  console.log('------ Event Loop ------');

  setTimeout(() => console.log("Timer 2 finished"), 0);
  setTimeout(() => console.log("Timer 3 finished"), 3000);
  setImmediate(() => console.log("Immediate 2 finished"));//注意这句执行的位置

  process.nextTick(()=>console.log("Process.nextTick"));//立即执行
});
//...

输出：

• 进入event loop，nextTick()立即执行，虽然它叫next tick，但实际上它是在next loop phase执行的，注意与setImmediate()区别，我们通常在程序中使用后者
• Immediate 2 先执行，setTimeout 2 后执行？程序在I/O polling 阶段暂停并等待事件，当该阶段回调队列为空，继续按顺序执行，所以即便setTimeout设置了0s，也在Immediate 2之后执行
• 3s后Timer 3执行，之后退出程序

Hello from the top level code
Timer 1 finished
Immediate 1 finished
I/O finished
------ Event Loop ------
Process.nextTick
Immediate 2 finished
Timer 2 finished
Timer 3 finished

3.事件循环自动卸载heavy task到线程池，以crypto为例

const crypto = require("crypto");

const start = Date.now();
process.env.UV_THREADPOOL_SIZE = 4;//线程池大小

fs.readFile("test-file.txt", () => {
//...
  /*同步版本*/
  crypto.pbkdf2Sync("password", "salt", 100000, 1024, "sha512");
  console.log(Date.now() - start, "Password encrypted");//...*4
  /*异步版本*/
  crypto.pbkdf2("password", "salt", 100000, 1024, "sha512",()=>{
  console.log(Date.now() - start, "Password encrypted");//...*4
  })
});

console.log("Hello from the top-level code");

同步调用，阻塞。输出：

------ Event Loop ------
972 Password encrypted
1916 Password encrypted
2842 Password encrypted
3764 Password encrypted
Process.nextTick
Immediate 2 finished
Timer 2 finished
Timer 3 finished

异步，线程池大小=4 ,输出:

------ Event Loop ------
Process.nextTick
Immediate 2 finished
Timer 2 finished
2502 Password encrypted
2556 Password encrypted
2592 Password encrypted
2624 Password encrypted
Timer 3 finished

线程池大小=2 ,输出:

------ Event Loop ------
Process.nextTick
Immediate 2 finished
Timer 2 finished
2793 Password encrypted
2967 Password encrypted
Timer 3 finished
3542 Password encrypted
3567 Password encrypted

事件驱动架构/观察者模式

Event emitter 代码说明

自定义事件

const EventEmitter = require("events");

class Sales extends EventEmitter {
  constructor() {
    super();
  }
}

const myEmitter = new Sales();
//观察者Event Listener
myEmitter.on("newSale", stock => {
  console.log(`There are now ${stock} items left in stock.`);
});
//Event emitter
myEmitter.emit("newSale", 9);

使用build-in模块

const http = require("http");
const server = http.createServer();
//Event Listener
server.on("request", (req, res) => {
  console.log("Request received!");
  console.log(req.url);
  res.end("Request received");
});

server.on("request", (req, res) => {
  console.log("Another request 😀");
});

server.on("close", () => {
  console.log("Server closed");
});
//Event emitter
server.listen(8000, "127.0.0.1", () => {
  console.log("Waiting for requests...");
});

流

是Event emitter的实例

流媒体，你在看的时候，视频文件其实不是全部都下载好的。

四种流类型

比如，我们想从本地服务器获取一个非常大的文件发送到客户，如果采用之前的readFile方法： 我们要将整个文件读取完，用变量储存到内存，再发送，会是一个非常缓慢的过程，并且Node进程会很快用完内存，我们的应用会崩溃。只有当本地文件很小时readFile方法是适用的。如果采用流操作：

• 事件1 data：readable.on开启流动，数据会不断触发data事件
• 事件2 end： 监听到文件读取完毕，会自动触发end事件

  const readable = fs.createReadStream("test-file.txt");
 
  readable.on("data", chunk => {
    res.write(chunk);
  });
 
  readable.on("end", () => {
    res.end(); 
  });
  readable.on("error", err => {
    console.log(err);
    res.statusCode = 500;//server error
    res.end("File not found!");
  });

如果可读流从磁盘读入的速度，远远大于写入响应的速度，即接收到的这一波数据还来不及发送,下一波就来了，这会造成内存溢出，即背压Backpressure

解决背压问题——pipe

可读流的方法。原理是控制输入输出数据的速度：

 const readable = fs.createReadStream("test-file.txt");
  readable.pipe(res);
  // readableSource.pipe(writeableDest)

模块

require模块时发生了什么

去哪找——路径？

IIFE function

每个node.js运行时环境，一个 Node.js 文件就是一个模块。我们所有的代码其实都被包裹在一个立即执行函数中，在.js文件中直接console.log(arguments)看输出的类数组，就是如下所示的参数序列。

缓存

优先从文件模块的缓存中加载已经存在的模块：