昨天寫了篇博客，介紹了一下我對node.js的第一次親密接觸后的感受，以為node.js很小眾，出乎我意料很多人感興趣，並且對博客中的細節問題做了評論，最多的是圍繞node.js的異步與單線程展開的，當然還有很多關於node.js究竟是不是語言？不是的話又是什么。。。之類的問題，其實剛接觸node.js，了解的並不是很深入，越是回復大家問題，心里越是沒底，決定認真研究一下，經人指點看了一下《Node.js開發指南》發現大部分問題都有了答案，權當一個讀書筆記把問題答案分享出來，希望可以幫到一些和我一樣才接觸node.js的小菜
關於單線程一個由來已久的誤會
在上篇博客中提到我們使用node.js寫的JavaScript代碼是單線程運行的，讓很多同學很疑惑，單線程怎么實現異步操作，單線程誰去響應事件。。。在html5 Web Workers中我也有提到過客戶端的JavaScript也是單線程運行的，大家明顯沒有這么大反應，還是普遍能接受的。可單線程的客戶端JavaScript也能響應DOM事件，還有大家都很熟悉的ajax操作，回調函數也是異步的，既然客戶端JavaScript是單線程執行的，回調函數是誰調用的呢？答案很簡單，JavaScript的宿主環境——瀏覽器，也就是說雖然JavaScript是單線程執行的，但瀏覽器是多線程的，負責調度管理JavaScript代碼，讓它們在恰當的時機執行。
所以我們所說的node.js單線程，是指node.js並沒有給我們創建一個線程的能力，所有我們自己寫的代碼都是單線程執行的，在同一時間內，只能執行我們寫的一句代碼。但宿主環境node.js並不是單線程的，它會維護一個執行隊列，循環檢測，調度JavaScript線程來執行。因此單線程執行和並發操作並不沖突。
阻塞與線程
什么叫阻塞（block）？線程在執行中如果遇到I/O操作（磁盤讀寫、網絡通信等）通常需要耗費較長的時間，這時候操作系統會剝奪線程對CPU的控制權，使其暫停，並把資源讓給其它的工作線程，這種線程調度方式成為阻塞。當I/O操作完畢的時候操作系統將這個線程的阻塞狀態解除，恢復其對CPU的控制權，令其繼續執行，這種I/O模式就是同步I/O或成為阻塞I/O。
響應的異步I/O或非阻塞I/O則針對所有的I/O操作采取不阻塞的策略，當線程遇到I/O操作時不會以阻塞的方式等待I/O操作結束，而只是將I/O請求發送給操作系統，繼續執行后續語句。當操作系統完成I/O操作時以事件的形式通知執行I/O操作的線程，線程會在特定時間處理這個事件。為了處理異步I/O必須有事件循環，不斷檢查有沒有未處理的事件，依次予以處理。
在阻塞模式下，一個線程只能處理一個任務，要想提高吞吐量必須通過多線程。而在非阻塞模式下一個線程永遠在執行計算操作，這個線程所使用的CPU核心利用率永遠是100%，I/O以事件的方式通知。在阻塞模式下多線程往往能夠提高系統吞吐量，因為一個線程阻塞時還有其他線程在工作，多線程何以讓CPU資源不被阻塞的線程浪費。而在非阻塞模式下，線程不會被I/O阻塞，永遠在利用CPU。異步I/O減少了多線程中創建線程、分配內存、列入調度、切換線程、內存換頁、CPU緩存等方面的開銷。
事件循環機制
上面提到了幾次事件循環機制，那么這個聽起來貌似很高端的東東究竟是什么呢？所謂事件循環是指node.js會把所有的異步操作使用事件機制解決，有個線程在不斷地循環檢測事件隊列。node.js中所有的邏輯都是事件的回調函數，所以node.js始終在事件循環中，程序入口就是事件循環第一個事件的回調函數。事件的回調函數中可能會發出I/O請求或直接發射（ emit）事件，執行完畢后返回事件循環。事件循環會檢查事件隊列中有沒有未處理的事件，直到程序結束。node.js的事件循環對開發者不可見，由libev庫實現，libev不斷檢查是否有活動的、可供檢測的事件監聽器，直到檢查不到時才退出事件循環，程序結束。
node.js是什么？和JavaScript有什么關系？
關於node.js究竟是什么，大家的問題在於
- node.js是不是一門語言？
- node.js是不是一個JavaScript庫函數？
- node.js是不是一個JavaScript框架？
很遺憾，這三個問題的答案都是NO，看看官方對自己的描述
Node.js is a platform built on Chrome's JavaScript runtime for easily building fast, scalable network applications. Node.js uses an event-driven, non-blocking I/O model that makes it lightweight and efficient, perfect for data-intensive real-time applications that run across distributed devices.
官方很明確地說node.js是一個platform，也就是一個做xxx的平台。node.js是一個可以在服務器端運行JavaScript的平台，其實這句話華也不准確，按照《JavaScript權威指南》《JavaScript高級程序設計》等書中的定義，JavaScript是由兩部分組成
- core JavaScript
- client JavaScript（DOM、BOM）
而只有core JavaScript可以在node.js上運行，所以node.js借用了JavaScript的語法，但並不能用來處理瀏覽器對象（BOM）及文檔對象（DOM），所以node.js並不是設計為在服務器端運行解析html文檔的（當然有module可以做此事），所以“在服務器端運行的JavaScript”在一定程度上誤導了初學者。
同時node.js並不僅僅運行core JavaScript，node.js中還有文件系統、模塊包、操作系統API、網絡通信、二進制類型處理等core JavaScript不具備的功能。
node.js是在執行JavaScript語句嗎
從字面意思上是的，因為我們在使用node.js開發的時候寫的確實是JavaScript語句，而且node.js利用Google的V8 Javascript 引擎來解析JavaScript語句，但系統真正調用執行的代碼是用C++寫的，我們做的只是用JavaScript語句來調用這些底層API，所以不用擔心其執行效率過低問題
異步I/O與事件驅動
毫不誇張的說node.js最大的特定就是采用異步I/O和事件驅動架構，對於高並發解決方案傳統架構師多線程模型，為每個業務邏輯童工一個線程，通過系統線程切換來來彌補同步I/O調用的時間開銷。node.js使用的是單線程模型，對所有I/O都采用異步式的請求方式，避免頻繁的上下文切換，在node.js執行的時候維護着一個事件隊列，程序在執行時進入事件循環等待下一個事件到來，每個異步I/O請求完成后都會被推送到事件隊列中的等待執行。
對於一個簡單的數據庫訪問操作，傳統方式是這樣實現的
res = db.query('SELECT * from some_table');
res.output();
代碼執行到第一行的時候線程會阻塞，等待query返回結果，然后繼續處理。由於數據庫查詢、磁盤讀寫、網絡通信等原因阻塞時間會非常大（相對於CPU始終頻率）。對於高並發的訪問，一方面線程長期阻塞等待，另一方面為了應付新情求而不斷添加新線程，會浪費大量系統資源，同時線程的增加也會也會占用大量的CPU時間來處理內存上下文切換。看看node.js怎么處理
db.query('SELECT * from some_table', function(res) {
res.output();
});
在代碼中熟悉Javascript的同學一眼就可以看明白query的第二個參數是一個回調函數，進程執行到db.query的時候不會等待結果返回，而是直接繼續執行下面的語句，直到進入事件循環。當數據庫執行結果返回的時候會將事件發送到事件隊列，等到線程進入事件循環后才會調用之前的回調函數。
node.js的異步機制是基於事件的，所有的I/O、網絡通信、數據庫查詢都以非阻塞的方式執行，返回結果由事件循環來處理。node.js在同一時刻只會處理一個事件，完成后立即進入事件循環檢查后面事件。這樣CPU和內存在同一時間集中處理一件事，同時盡量讓耗時的I/O等操作並行執行。
node.js架構
node.js用異步式I/O和事件驅動代替多線程提升性能，除了使用高效的V8作為JavaScript引擎外還使用了高效的libev和libeio庫支持事件驅動和異步I/O。
node.js作者在libeio和libev的基礎上抽象出了libuv層，對於POSIX(Portable Operating System Interface 是一套操作系統API規范，遵循的有Unix、Linux、Mac OS X等)操作系統libuv通過封裝libev和libio來利用epoll或kqueue。而在Windows下libuv使用了IOCP（Input/Output Completion Port,輸入輸出完端）機制 在不同平台下實現高性能。
了解了這個就不要再以為node.js是利用JavaScript來操作系統了
為什么要使用node.js
其實這個問題可以歸結為node.js有什么特長，除了語法上讓熟悉JavaScript的人很舒服。相對於Javascript為客戶端而生，node.js為網絡而生，一切都以http為主，其內建HTTP服務器支持，使用node.js可以輕易地搭建一個網站和服務器組合，而不用想使用PHP還需要額外的Apache服務器，通過特有模塊或CGI調用才能將PHP腳本結果返回給用戶。
node.js還可以部署到非網絡應用環境下，因為其可以調用C/C++代碼，充分利用現有函數庫，在性能上有很大優越性。
在這些場景下使用node.js是非常合適的
- web socket服務器
- TCP/UDP套接字應用程序
- 復雜邏輯的web應用
- 命令行工具
- 客戶端Javascript編譯器
參考及最后
博客中基本理論知識都來源於《Node.js開發指南》，甚至很多篇幅都是直接使用原話，沒有抄襲據為己有的意思，只是作者說的太明白了，希望對初入node.js的朋友有幫助，當然如果感興趣可以直接購買原書。
希望嘮嘮叨叨這么多，能夠對對之前博客持有疑問的博友有所幫助，最后在嘮叨一句，單線程執行是指我們寫的JavaScript語句在同一時刻只能執行一句，而不是node.js是單線程，其實我們的異步I/O及事件循環都是另外線程在做。
當然對於一些CPU密集的操作在node.js里面也有process.nextTick()這樣的解決方案或者直接使用C++處理，研究明白了和大家分享，也有人不滿意node.js的單線程寫了自己的module來讓node.js多線程，感興趣的同學可以看看node-threads-a-gogo
由於剛剛接觸node.js，文中謬誤頗多，希望多家多多批評指教