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Node.js之异步编程

周先生自留地 2019-02-06
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当前浏览器不支持播放音乐或语音,请在微信或其他浏览器中播放 Node.js之异步编程 其实对大部分的开发者来说,异步编程与一般自然语言的线性思维会有所冲突。所以大部分开发者不能适应直接面向事件驱动进行编程,Node.js是首个将异步编程带到应用层面的平台,Node.js无时无刻不透露出异步的信息。

在接触Node的过程中,很多人只是很粗略的接触了几个回调函数之后就放弃了,确实Node使用异步编程,容易陷入回调地狱,但是Node异步编程的难题其实已经基本解决,可以通过事件发布/订阅模式,或者通过Promise/Defferred模式,其实都可以完美的去解决回调陷阱的问题。

其实大部分开发人员都习惯线性思维去思考问题,所以同步编程一直很流行。但是单线程同步模型中,CPU与I/O操作无法重叠进行,所以性能问题也就摆在了开发人员的面前。在大多数语言中,提高性能的方式一般使用多线程的方式解决,但是多线程中线程切换耗费的开销,以及锁以及线程同步等问题,所以多线程会给开发人员业务逻辑带来麻烦。而Node直接采用异步编程,可以使CPU与I/O操作并行不用相互等待,可以让资源等到更好的利用。


异步IO与非阻塞IO的区别

非阻塞IO是由于完整的I/O没有完成,立即返回的并不是我们执行的最终数据,而仅仅是返回当前的调用状态,为了获得完整数据需要进行轮询重复调用I/O操作确认是否完成。异步I/O可实现不等待数据读取完成,执行I/O操作后后立刻返回,数据写入缓存,由底层完成监听操作,并返回成功或失败的信息给应用。


异步编程优点

Node.js最大的优点莫过于基于事件驱动的非阻塞I/O模型,非阻塞I/O可以使CPU与I/O操作不用相互等待,可以让资源可以得到更好的利用。Node.js为了解决编程模型中阻塞I/O的性能问题,采用单线程异步模型,所以Node.js更适合I/O密集型问题,因为Node.js面向驱动进行编程,所以需要面对海量请求,当海量请求同时作用在单线程上时,就需要防止任何一个会过度消耗时间片的请求。所以只要合理利用Node.js的异步模型,加上V8引擎的高性能,就可以充分发挥CPUI/O并行的优势。


异步编程的难点

Node.js借助异步I/O模型以及V8引擎,突破了单线程的性能瓶颈,让JavaScript在后端体现了实用价值。但是也由于异步编程会给开发者带来一些难点。

(1)函数嵌套过深

在前端JavScript,DOM事件绑定一般较少存在多重事件绑定的情况。一般为不同的DOM元素绑定不同的事件。

Node.js之异步编程

但是对于Node.js而言,多个异步调用的场景比比皆是。

Node.js之异步编程

其实对于最后的结果来说这样的函数嵌套结构是没有任何问题的,但是这样并没有利用好Node.js异步I/O带来的并行优势。而且函数嵌套过深,对于开发人员的后期维护也会造成困难。

(2)阻塞代码

JavaScript并没有类似Java的sleep()这样的线程沉睡功能,可以进行延时操作的只有setInterval()和setTimeout()这两个函数。那么如果我们需要在JavaScript中实现延迟1s要怎么做呢?其实大部分开发者可能会这么去进行实现:

Node.js之异步编程

但是请记住Node.js是单线程模型,所以在执行的时候CPU资源会全部为了这段代码进行服务。从而导致其他请求全部被视而不见。所以我们可以采用setTimeout改写一下代码效果会更好:

Node.js之异步编程

(3)多线程编程

因为Node.js是单线程模型,对于多核CPU服务端而言,其实Node.js单进程是没有充分利用好多核CPU的,所以浏览器可以将JavaScript与UI渲染分离,就可以更好的去利用多核CPU为大量计算做服务。但是这种开发模式开发者要面临跨线程的编程,对于JavaScript一直走的单线程编程路线来说会增加一定的难度。

(4)异常处理

我们在使用Java进行异常处理其实是非常方便的,可以直接通过try/catch/finally语句进行异常捕获以及异常处理。

Node.js之异步编程

但是在异步编程中这种常用的异常处理并不一定适用,因为前面有讲过异步编程时异步I/O提交请求后马上返回,因为异常一般不会发生在此阶段,这时候你对这段代码执行try/catch操作进行异常捕获其实不会发挥作用,因为try/catch只能捕获当次事件内发生的异常,对事件执行结束返回的回调函数callback中抛出的异常其实是无能为力的,所以在Node.js中,将异常作为回调函数callback的第一个参数传回,如果为空时,则表示回调函数没有抛出任何异常。

Node.js之异步编程

上述代码中,执行checkLogin如果出现异常,则回调函数的第一个参数err则不为空,我们就可以根据这个err参数对异常进行处理。


异步编程解决方案

(1)事件发布/订阅模式

(2)Promise/Deferred模式

(3)流程控制库

由于这三种方案涉及知识点较杂,这篇文章暂时不对这三种方案作具体介绍,下一篇文章会对这三种方案作具体介绍。


异步并发控制

Node.js中,我们可以很轻易的利用异步发起并行调用,但是如果并发量过大,我们的服务器会承受不住,比如如果是对文件系统进行大量并发调用,操作系统的文件描述符数量会在瞬间被用光。所以对于异步编程来说并发很容易实现,但是也要有一定的过载保护。这里主要讲一种过载解决方案:async.

async提供了一个方法parallelLimit()用于处理异步调用的限制。

parallelLimit()方法有一个用于限制并发数量的参数,使得任务只能同时并发一定数量,而不能无限量同时并发。上面的代码,我们并发数设置为1,所以只能同时并发一个任务。

但是parallelLimit()有一个缺点:无法动态的添加并行任务。但是async提供了queue()方法可以动态添加并行任务,这对于遍历文件目录等操作是非常高效的。但是queue()接收的参数是固定的,丢失了parallelLimit()的多样性。

本篇到这里内容就结束了,本篇主要还是偏概念,可能得对Node.js有一定了解才更适合,所以这里推荐csdn一篇比较基础的关于异步编程的文章:https://blog.csdn.net/O4dC8OjO7ZL6/article/details/79987819


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