单线程与事件循环

单线程指的是主线程是“单线程”的,所有阻塞的部分交给一个线程池处理,然后这个主线程通过一个队列跟线程池协作,于是对我们写到的js代码部分,不再关心线程问题,代码也主要由一堆callback回调构成,然后主线程在不停的循环过程中,适时调用这些代码。

什么是 Event Loop ?

单线程的 Node.js 能够实现无阻塞IO的原因就是事件循环(Event Loop)。

现在大多数系统内核是多线程的,所以它们可以在后台执行多个操作,当这些操作完成时,内核就会通知 Node.js,而这些操作的回调函数被添加到事件轮询列表(poll queue),并且 Node.js 会在适当的时机执行回调函数。

当javascript代码执行的时候会将不同的变量存于内存中的不同位置:堆(heap)和栈(stack)中来加以区分。其中,堆里存放着一些对象。而栈中则存放着一些基础类型变量以及对象的指针。 但是我们这里说的执行栈和上面这个栈的意义却有些不同。

我们知道,当我们调用一个方法的时候,js会生成一个与这个方法对应的执行环境(context),又叫执行上下文。这个执行环境中存在着这个方法的私有作用域,上层作用域的指向,方法的参数,这个作用域中定义的变量以及这个作用域的this对象。 而当一系列方法被依次调用的时候,因为js是单线程的,同一时间只能执行一个方法,于是这些方法被排队在一个单独的地方。这个地方被称为执行栈。

当一个脚本第一次执行的时候,js引擎会解析这段代码,并将其中的同步代码按照执行顺序加入执行栈中,然后从头开始执行。如果当前执行的是一个方法,那么js会向执行栈中添加这个方法的执行环境,然后进入这个执行环境继续执行其中的代码。当这个执行环境中的代码 执行完毕并返回结果后,js会退出这个执行环境并吧这个执行环境销毁。接着继续执行队列里的下一段代码。

下面这个图片非常直观的展示了这个过程,其中的global就是初次运行脚本时向执行栈中加入的代码:

从图片可知,一个方法执行会向执行栈中加入这个方法的执行环境,在这个执行环境中还可以调用其他方法,甚至是自己,其结果不过是在执行栈中再添加一个执行环境。这个过程可以是无限进行下去的,除非发生了栈溢出,即超过了所能使用内存的最大值。

以上的过程说的都是同步代码的执行。那么当一个异步代码(如发送ajax请求数据)执行后会如何呢?前文提过,js的另一大特点是非阻塞,实现这一点的关键在于下面要说的这项机制——事件队列(Task Queue)。

js引擎遇到一个异步事件后并不会一直等待其返回结果,而是会将这个事件挂起,继续执行执行栈中的其他任务。当一个异步事件返回结果后,js会将这个事件加入与当前执行栈不同的另一个队列,我们称之为事件队列。被放入事件队列不会立刻执行其回调,而是等待当前执行栈中的所有任务都执行完毕, 主线程处于闲置状态时,主线程会去查找事件队列是否有任务。如果有,那么主线程会从中取出排在第一位的事件,并把这个事件对应的回调放入执行栈中,然后执行其中的同步代码...,如此反复,这样就形成了一个无限的循环。这就是这个过程被称为“事件循环(Event Loop)”的原因。

       拥有异步I/O的node为什么可以支持高并发呢?

因为I/O操作是由node的工作线程去执行的(nodejs底层的libuv是多线程的线程池用来并行io操作),且主线程是不需要等待结果返回的,只要发出指令马上就可以去忙其他事情了。   

  • 同步任务都在主线程上执行,形成一个执行栈
  • 主线程之外,还存在一个任务队列。只要异步任务有了运行结果,就在任务队列之中放置一个事件。
  • 一旦执行栈中的所有同步任务执行完毕,系统就会读取任务队列,将队列中的事件放到执行栈中依次执行
  • 主线程从任务队列中读取事件,这个过程是循环不断的

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