Node.js中的异步编程与Promise
NodeJs
NodeJs事件循环机制
Node.js 采用事件驱动和异步 I/O 的方式,实现了一个单线程、高并发的 JavaScript 运行时环境,而单线程就意味着同一时间只能做一件事,那么 Node.js 如何通过单线程来实现高并发和异步 I/O?本文将围绕这个问题来探讨 Node.js 的单线程模型 。
事件循环
Node.js 在主线程里维护了一个事件队列,当接到请求后,就将该请求作为一个事件放入这个队列中,然后继续接收其他请求。当主线程空闲时(没有请求接入时),就开始循环事件队列,检查队列中是否有要处理的事件,这时要分两种情况:如果是非 I/O 任务,就亲自处理,并通过回调函数返回到上层调用;如果是 I/O 任务,就从 线程池 中拿出一个线程来处理这个事件,并指定回调函数,然后继续循环队列中的其他事件。
当线程中的 I/O 任务完成以后,就执行指定的回调函数,并把这个完成的事件放到事件队列的尾部,等待事件循环,当主线程再次循环到该事件时,就直接处理并返回给上层调用。 这个过程就叫 事件循环 (Event Loop),其运行原理如下图所示:
上图是整个 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,fsV8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 。
无论是 Linux 平台还是 Windows 平台,Node.js 内部都是通过 线程池 来完成异步 I/O 操作的,而 LIBUV 针对不同平台的差异性实现了统一调用。因此,Node.js 的单线程仅仅是指 JavaScript 运行在单线程中,而并非 Node.js 是单线程。
CPU密集型是短板
上面提到,如果是 I/O 任务,Node.js 就把任务交给线程池来异步处理,高效简单,因此 Node.js 适合处理I/O密集型任务。但不是所有的任务都是 I/O 密集型任务,当碰到CPU密集型任务时,即只用CPU计算的操作,比如要对数据加解密(node.bcrypt.js),数据压缩和解压(node-tar),这时 Node.js 就会亲自处理,一个一个的计算,前面的任务没有执行完,后面的任务就只能干等着 。如下图所示:
在事件队列中,如果前面的 CPU 计算任务没有完成,后面的任务就会被阻塞,出现响应缓慢的情况,如果操作系统本身就是单核,那也就算了,但现在大部分服务器都是多 CPU 或多核的,而 Node.js 只有一个 EventLoop,也就是只占用一个 CPU 内核,当 Node.js 被CPU 密集型任务占用,导致其他任务被阻塞时,却还有 CPU 内核处于闲置状态,造成资源浪费。
因此,Node.js 并不适合 CPU 密集型任务。
Promise
Promise 是异步编程的一种解决方案,比传统的解决方案——回调函数和事件——更合理和更强大。它由社区最早提出和实现,ES6 将其写进了语言标准,统一了用法,原生提供了Promise对象。
特点
对象的状态不受外界影响
Promise对象代表一个异步操作,有三种状态:pending(进行中)、fulfilled(已成功)和rejected(已失败)。只有异步操作的结果,可以决定当前是哪一种状态,任何其他操作都无法改变这个状态。这也是Promise这个名字的由来,它的英语意思就是“承诺”,表示其他手段无法改变。
一旦状态改变,就不会再变,任何时候都可以得到这个结果
Promise对象的状态改变,只有两种可能:从pending变为fulfilled和从pending变为rejected。只要这两种情况发生,状态就凝固了,不会再变了,会一直保持这个结果,这时就称为 resolved(已定型)。如果改变已经发生了,你再对Promise对象添加回调函数,也会立即得到这个结果。这与事件(Event)完全不同,事件的特点是,如果你错过了它,再去监听,是得不到结果的。
用法
基本用法
const promise = new Promise(function(resolve, reject) {
// ... some code
if (/* 异步操作成功 */){
resolve(value);
} else {
reject(error);
}
});
promise.then(function(value) {
// success
}, function(error) {
// failure
});