Nodejs的運行原理是什么

這篇文章主要介紹Nodejs的運行原理是什么，文中介紹的非常詳細，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們一定要看完！

前言

Node目前處境稍顯尷尬，很多語言都已經擁有異步非阻塞的能力。阿里的思路是比較合適的，但是必須要注意，絕對不能讓node做太多的業務邏輯，他只適合接收生成好的數據，然后或渲染后，或直接發送到客戶端。

為什么nodejs 還可以成為主流技術哪？

是因為nodejs 對于大前端來說還是非常重要的技術！！！如果你理解nodejs 的編程原理，很容易就會理解angularjs，reactjs 和vuejs 的設計原理。

NodeJS

Node是一個服務器端JavaScript解釋器，用于方便地搭建響應速度快、易于擴展的網絡應用。Node使用事件驅動，非阻塞I/O 模型而得以輕量和高效，非常適合在分布式設備上運行數據密集型的實時應用。
Node是一個可以讓JavaScript運行在瀏覽器之外的平臺。它實現了諸如文件系統、模塊、包、操作系統 API、網絡通信等Core JavaScript沒有或者不完善的功能。歷史上將JavaScript移植到瀏覽器外的計劃不止一個，但Node.js 是最出色的一個。

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V8引擎

V8 JavaScript引擎是Google用于其Chrome瀏覽器的底層JavaScript引擎。很少有人考慮JavaScript在客戶機上實際做了些什么!

實際上，JavaScript引擎負責解釋并執行代碼。Google使用V8創建了一個用C++編寫的超快解釋器，該解釋器擁有另一個獨特特征；您可以下載該引擎并將其嵌入任何應用程序。V8 JavaScript引擎并不僅限于在一個瀏覽器中運行。

因此，Node實際上會使用Google編寫的V8 JavaScript引擎，并將其重建為可在服務器上使用。

事件驅動

在我們使用Java，PHP等語言實現編程的時候，我們面向對象編程是完美的編程設計，這使得他們對其他編程方法不屑一顧。卻不知大名鼎鼎Node使用的卻是事件驅動編程的思想。那什么是事件驅動編程。

事件驅動編程，為需要處理的事件編寫相應的事件處理程序。代碼在事件發生時執行。

為需要處理的事件編寫相應的事件處理程序。要理解事件驅動和程序，就需要與非事件驅動的程序進行比較。實際上，現代的程序大多是事件驅動的，比如多線程的程序，肯定是事件驅動的。早期則存在許多非事件驅動的程序，這樣的程序，在需要等待某個條件觸發時，會不斷地檢查這個條件，直到條件滿足，這是很浪費cpu時間的。而事件驅動的程序，則有機會釋放cpu從而進入睡眠態（注意是有機會，當然程序也可自行決定不釋放cpu），當事件觸發時被操作系統喚醒，這樣就能更加有效地使用cpu。
來看一張簡單的事件驅動模型（uml）：

事件驅動模型主要包含3個對象：事件源、事件和事件處理程序。

?  事件源：產生事件的地方(html元素)

?  事件：點擊/鼠標操作/鍵盤操作等等

?  事件對象：當某個事件發生時，可能會產生一個事件對象，該時間對象會封裝好該時間的信息，傳遞給事件處理程序

?  事件處理程序：響應用戶事件的代碼

運行原理

當我們搜索Node.js時，奪眶而出的關鍵字就是 “單線程，異步I/O，事件驅動”，應用程序的請求過程可以分為倆個部分：CPU運算和I/O讀寫，CPU計算速度通常遠高于磁盤讀寫速度，這就導致CPU運算已經完成，但是不得不等待磁盤I/O任務完成之后再繼續接下來的業務。
所以I/O才是應用程序的瓶頸所在，在I/O密集型業務中，假設請求需要100ms來完成，其中99ms化在I/O上。如果需要優化應用程序，讓他能同時處理更多的請求，我們會采用多線程，同時開啟100個、1000個線程來提高我們請求處理，當然這也是一種可觀的方案。
但是由于一個CPU核心在一個時刻只能做一件事情，操作系統只能通過將CPU切分為時間片的方法，讓線程可以較為均勻的使用CPU資源。但操作系統在內核切換線程的同時也要切換線程的上線文，當線程數量過多時，時間將會被消耗在上下文切換中。所以在大并發時，多線程結構還是無法做到強大的伸縮性。
那么是否可以另辟蹊徑呢？！我們先來看看單線程，《深入淺出Node》一書提到 “單線程的最大好處，是不用像多線程編程那樣處處在意狀態的同步問題，這里沒有死鎖的存在，也沒有線程上下文切換所帶來的性能上的開銷”，那么一個線程一次只能處理一個請求豈不是無稽之談，先讓我們看張圖：

Node.js的單線程并不是真正的單線程，只是開啟了單個線程進行業務處理（cpu的運算），同時開啟了其他線程專門處理I/O。當一個指令到達主線程，主線程發現有I/O之后，直接把這個事件傳給I/O線程，不會等待I/O結束后，再去處理下面的業務，而是拿到一個狀態后立即往下走，這就是“單線程”、“異步I/O”。
I/O操作完之后呢？Node.js的I/O 處理完之后會有一個回調事件，這個事件會放在一個事件處理隊列里頭，在進程啟動時node會創建一個類似于While(true)的循環，它的每一次輪詢都會去查看是否有事件需要處理，是否有事件關聯的回調函數需要處理，如果有就處理，然后加入下一個輪詢，如果沒有就退出進程，這就是所謂的“事件驅動”。這也從Node的角度解釋了什么是”事件驅動”。
在node.js中，事件主要來源于網絡請求，文件I/O等，根據事件的不同對觀察者進行了分類，有文件I/O觀察者，網絡I/O觀察者。事件驅動是一個典型的生產者/消費者模型，請求到達觀察者那里，事件循環從觀察者進行消費，主線程就可以馬不停蹄的只關注業務不用再去進行I/O等待。

優點

Node 公開宣稱的目標是 “旨在提供一種簡單的構建可伸縮網絡程序的方法”。我們來看一個簡單的例子，在 Java和 PHP 這類語言中，每個連接都會生成一個新線程，每個新線程可能需要 2 MB 的配套內存。在一個擁有 8 GB RAM 的系統上，理論上最大的并發連接數量是 4,000 個用戶。隨著您的客戶群的增長，如果希望您的 Web 應用程序支持更多用戶，那么，您必須添加更多服務器。所以在傳統的后臺開發中，整個 Web 應用程序架構（包括流量、處理器速度和內存速度）中的瓶頸是：服務器能夠處理的并發連接的最大數量。這個不同的架構承載的并發數量是不一致的。
而Node的出現就是為了解決這個問題：更改連接到服務器的方式。在Node 聲稱它不允許使用鎖，它不會直接阻塞 I/O 調用。Node在每個連接發射一個在 Node 引擎的進程中運行的事件，而不是為每個連接生成一個新的 OS 線程（并為其分配一些配套內存）。

缺點

如上所述，nodejs的機制是單線程，這個線程里面，有一個事件循環機制，處理所有的請求。在事件處理過程中，它會智能地將一些涉及到IO、網絡通信等耗時比較長的操作，交由worker threads去執行，執行完了再回調，這就是所謂的異步IO非阻塞吧。但是，那些非IO操作，只用CPU計算的操作，它就自己扛了，比如算什么斐波那契數列之類。它是單線程，這些自己扛的任務要一個接著一個地完成，前面那個沒完成，后面的只能干等。因此，對CPU要求比較高的CPU密集型任務多的話，就有可能會造成號稱高性能，適合高并發的node.js服務器反應緩慢。

適合場景

1、RESTful API

這是適合 Node 的理想情況，因為您可以構建它來處理數萬條連接。它仍然不需要大量邏輯；它本質上只是從某個數據庫中查找一些值并將它們組成一個響應。由于響應是少量文本，入站請求也是少量的文本，因此流量不高，一臺機器甚至也可以處理最繁忙的公司的 API 需求。

2、實時程序

比如聊天服務

聊天應用程序是最能體現 Node.js 優點的例子：輕量級、高流量并且能良好的應對跨平臺設備上運行密集型數據（雖然計算能力低）。同時，聊天也是一個非常值得學習的用例，因為它很簡單，并且涵蓋了目前為止一個典型的 Node.js 會用到的大部分解決方案。

3、單頁APP

ajax很多。現在單頁的機制似乎很流行，比如phonegap做出來的APP，一個頁面包打天下的例子比比皆是。

總而言之，NodeJS適合運用在高并發、I/O密集、少量業務邏輯的場景

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