node.js 的异步模型

node.js 的异步模型

一、基本概念
  阻塞式IO：cpu一直等到数据准备好了之后才会工作，即从函数调用开始，一直到数据准备好这段时间cpu是干等着的
  非阻塞式的IO：数据准备好了之后发一个信号，此后cpu才会处理，即cpu不会干等着

  阻塞式：相当于是轮训、非阻塞式相当于是中断

  同步执行：语句的先后顺序就是cpu执行指令的顺序
  异步执行：写在前面的语句不一定先执行，具体执行的时间不确定（一般是事件触发的）

  可以看出，非阻塞io肯定要与异步执行结合才能保证程序逻辑的正确性，node.js中使用的是非阻塞的io

二、初衷
  node.js的初衷是解决IO密集型的应用（与此相对的是cpu密集型）。在实际应用中，为了实现应用层的并发性，大多数程序都会使用多线程或者是多进程（尤其是server这种需要同时并发对外提供服务的程序）。程序逻辑一般都会处理数据，当出现数据冲突时多线程必须串行执行（即加锁），这样的话多开的线程实际上是没有达到并发的效果的，同时因为多线程时CPU要频繁的调度，反而会增加系统负担（对于实时性的server 如网游服务器，IM服务器等一般都不会开很多的线程，这些server最大的瓶颈都是网络或数据库等IO操作）。经过分析可知，系统的瓶颈主要是在IO上，即cpu执行的快没有用，整个程序的性能是综合的结果，从吞吐率上来说，多线程并没有比单线程快多少。

三、node.js的哲学
  既然瓶颈是在IO，那我就对付这个IO。所以node.js采用单线程执行模型：所有需要cpu等待的东西，全部移出执行队列，等到IO执行好了之后，再放入一个回调进来。这样做的话，cpu就会一直做‘有意义’的事情。
这样做的好处：1、不用多线程，所以不用加锁、不用调度， cpu的吞吐率高很多。2、不用处理线程同步带来的n多的诡异问题。
坏处：要求程序员要有异步的思维模式，即下一行代码不一定是在什么时候执行。如果逻辑间有前后依赖关系，一定要将后面的逻辑放入回调中。

三、单线程模型下如何实现用户级的并发 -----------基于事件的timer
  执行模型是单线程的，但是应用的逻辑可能要求是并发的，那么该如果实现用户级的并发呢？如果用c语言来实现，一般采用 经典的消息队列+ worker thread + 回调函数，
在node.js中，一般是使用timer，如果是无限循环的逻辑 一般包装一个scheduler就OK了。

四、node.js实现的异步事件的相关源代码（c实现）
  node.js利用uvlib来实现跨平台，windows下事件循环的实现 在uvlib的 src/win/core.c --------UV_LOOP_ONCE

此宏的主要代码如下：
uv_update_time((loop));                                                   \
    uv_process_timers((loop));                                                \
                                                                              \
    /* Call idle callbacks if nothing to do. */                               \
    if ((loop)->pending_reqs_tail == NULL &&                                  \
        (loop)->endgame_handles == NULL) {                                    \
      uv_idle_invoke((loop));                                                 \
    }                                                                         \
                                                                              \
    uv_process_reqs((loop));                                                  \ 先处理
    uv_process_endgames((loop));                                              \
                                                                              \
    if ((loop)->refs <= 0) {                                                  \
      break;                                                                  \
    }                                                                         \
                                                                              \
    uv_prepare_invoke((loop));                                                \
                                                                              \
    poll((loop), (loop)->idle_handles == NULL &&                              \ 后收集事件
                 (loop)->pending_reqs_tail == NULL &&                         \
                 (loop)->endgame_handles == NULL &&                           \
                 (loop)->refs > 0);                                           \
                                                                              \
    uv_check_invoke((loop));

概括一下：执行引擎是一个无限循环的过程，每一次的循环都可以看做一个tick()。 一个tick内基本逻辑是
1、更新全局定时器，
2、检查timer是否到期（到的话就放入执行队列，在下一个tick中来执行），
3、执行此tick内的所有回调 -------schedule的过程
4、检查是否要退出
5、从OS处取出网络socket，文件操作等IO完成事件，

PS：因为每个tick要处理的事件数量是随机的，所以2个tick间的deltaTime不是固定不变的，所以node.js不保证帧率而是保证吞吐率，所以每一次tick的顺序是schedule(), poll()