實現(xiàn)NodeJS異步I/O的示例分析

這篇文章主要介紹實現(xiàn)NodeJS異步I/O的示例分析，文中介紹的非常詳細(xì)，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們一定要看完！

一.NodeJS概述：

要學(xué)習(xí)一個語言或者平臺，我們首先應(yīng)該知道其定義，依據(jù)定義來擴(kuò)展我們的學(xué)習(xí)思路。Node的定義：”一個大獎在Chrome JavaScript運(yùn)行時上的平臺，用于構(gòu)建高速、可伸縮的網(wǎng)絡(luò)程序。NodeJS作為一個異步事件驅(qū)動的JavaScript運(yùn)行時，旨在構(gòu)建可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序?！坝嘘P(guān)nodejs的背景介紹和安裝方法，這里就沒有必要介紹了，因為對于nodejs的安裝是比較簡單，所以在這里贅述就有些顯得浪費(fèi)時間。

學(xué)習(xí)完Node的定義特點，可能很多人都會好奇這個平臺的適用場景是什么，以便在實際的項目開發(fā)中應(yīng)用，不然學(xué)習(xí)這個就沒有意義。主要的應(yīng)用場景：前后端編程語言環(huán)境統(tǒng)一；高性能I/O用于實時應(yīng)用；并行I/O使得使用者可以更高效地利用分布式環(huán)境；并行I/O有效利用穩(wěn)定接口提升Web渲染能力；云平臺的支持；游戲開發(fā)（這可能是很多開發(fā)者在意的，畢竟現(xiàn)在的游戲開發(fā)火熱程度已經(jīng)到了無以附加的地步）；工具類應(yīng)用，與較多的工具方法，使得開發(fā)效率大大的提升。

NodeJS異步I/O模型的基本要素：事件循環(huán)、觀察者、請求對象、I/O線程池這四個共同構(gòu)成。接下來我們具體了解一下這些知識。

二.NodeJS異步I/O解析：

對于Nginx服務(wù)器，很多人都是比較的熟悉，Nginx采用純C編寫而成，用于做Web服務(wù)器，在反向代理和負(fù)載均衡等服務(wù)方面有很好的優(yōu)勢。Node與Nginx服務(wù)器有著相似的地方，都是采用事件驅(qū)動。

瀏覽器中JavaScript在單線程上執(zhí)行，而且還與UI渲染共用一個線程，JavaScript在執(zhí)行的時候UI渲染和響應(yīng)應(yīng)是出于停滯狀態(tài)。（如果腳本執(zhí)行的時間超過100毫秒，用戶就會感到頁面卡頓）。遇到這些情況，我們就會想到異步的方式消除這些等待的問題，對于異步和同步的概念就不做介紹了。

=接下來我們具體的來了解一下NodeJS的事件驅(qū)動和非阻塞I/O這些特點，了解這些對于我們更好的學(xué)習(xí)NodeJS開發(fā)和構(gòu)建高性能的Web平臺有更加深遠(yuǎn)的意義。

1.I/O操作概述：

I/O操作對于任何一個開發(fā)者來說都不會陌生，現(xiàn)在我們就簡單的談一下NodeJS的I.O操作。I/O操作分為：單線程串行依次執(zhí)行；多線程并行執(zhí)行。這兩種方式各有優(yōu)勢和缺點，多線程的代價在于創(chuàng)建線程和執(zhí)行期線程上下文切換的開銷較大，并且多線程面臨鎖、狀態(tài)同步的問題。單線程安裝順序執(zhí)行，在執(zhí)行中任何一個稍慢都會導(dǎo)致后續(xù)執(zhí)行代碼阻塞。對于任務(wù)的串行執(zhí)行（概念上類似于同步執(zhí)行）和任務(wù)的并行執(zhí)行的描述有如下圖：

在NodeJS中利用單線程，遠(yuǎn)離死鎖、狀態(tài)同步問題，利用異步I/O，讓單線程遠(yuǎn)離阻塞，以便更好的使用CPU。異步I/O是期望I/O的調(diào)用不再阻塞后續(xù)運(yùn)算，將原有等待I/O完成這段時間分配給其他需要的業(yè)務(wù)去執(zhí)行?！　　?/p>

很多時候一些開發(fā)者對異步/同步和阻塞/非阻塞的概念有些分不清，這兩者沒有什么關(guān)聯(lián)。阻塞I/O是調(diào)用之后一定要等到系統(tǒng)內(nèi)核層面完成所有操作后，調(diào)用才結(jié)束。非阻塞I/O是在調(diào)用后立即返回。關(guān)于阻塞I/O和非阻塞I/O有如下圖：

2.NodeJS異步I/O解析：

事件循環(huán)：在進(jìn)程啟動時，Node會創(chuàng)建一個類似于while(true)的循環(huán)，每執(zhí)行一次循環(huán)體的過程稱為Tick，每個Tick的過程就是查看是否有時間待處理。

觀察者：每個時間循環(huán)中有一個或多個觀察者，判斷是否有事件要處理的過程就是向這些觀察者詢問是否又要處理的事件。

請求對象：從JavaScript發(fā)起調(diào)用到內(nèi)核執(zhí)行完I/O操作的過渡過程中，存在一種中間產(chǎn)物，就是請求對象。

I/O線程池：組裝好請求、送入I/O線程池等待執(zhí)行，完成第一步I/O操作，進(jìn)入第二部分回調(diào)通知。（在Windows中，線程池中的I/O操作調(diào)用完畢之后，會將獲取的結(jié)果存在req->result屬性上，然后調(diào)用PostQueuedCompletionStatus()通知IOCP，告知當(dāng)前對象操作已經(jīng)完成。）

異步I/O有如下圖：

三.NodeJS異步編程實例：

前面介紹了異步I/O的相關(guān)概念，這里提供一個異步I/O操作的實例：

var config = require('./config.json');
var fs = require("fs");
var http = require('http');
var url_module = require("url");

http.createServer(function (request, response) {
  var key = url_module.parse(request.url).query.replace('key=', '');
  switch (request.method) {
    case 'GET': // Asynchronous Response Generation
      fs.readFile(config.dataPath + key, 'utf8', function(err, value) {
        if (err) {
          // Return File Not Found if file hasn't yet been created
          response.writeHead(404, {'Content-Type': 'text/plain'});
          response.end("The file (" + config.dataPath + key + ") does not yet exist.");
        } else {
          // If the file exists, read it and return the sorted contents
          var sorted = value.split(config.sortSplitString).sort().join('');
          response.writeHead(200, {'Content-Type': 'text/plain'});
          response.end(sorted);
        }
      });
      break;
    case 'POST': // Synchronously append POSTed data to a file
      var postData = '';
      request
        .on('data', function (data) {
          postData += data;
        })
        .on('end', function () {
          fs.appendFile(config.dataPath + key, postData, function(err) {
            if (err) {
              // Return error if unable to create/append to the file
              response.writeHead(400, {'Content-Type': 'text/plain'});
              response.end('Error: Unable to write file: ' + err);
            } else {
              // Write or append posted data to a file, return "success" response
              response.writeHead(200, {'Content-Type': 'text/plain'});
              response.end('success');
            }
          });
        });
      break;
    default:
      response.writeHead(400, {'Content-Type': 'text/plain'});
      response.end("Error: Bad HTTP method: " + request.method);
  }
}).listen(config.serverPort);

console.log('synchronous server is running: ', config.serverPort);

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