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關於nodejs的介紹網上資料非常多，最近由於在整理一些函數式編程的資料時，多次遇到nodejs有關的內容。所以就打算專門寫一篇文章總結一下nodejs相關知識，包括“說它單線程是什么意思”、“非阻塞又是指什么”以及最重要的是它的“事件輪詢”的實現機制。
本文不介紹nodejs的優缺點（適用場合）、nodejs環境怎樣搭建以及一些nodejs庫的使用等等這些基礎知識。
網上任何一篇關於nodejs的介紹中均會提及到nodejs兩個主要特點：單線程、非阻塞。但是據我所了解到的，大部分介紹一帶而過，並沒有詳細地、系統性地去說明它們到底是怎么回事。下面我依次盡我所能詳細地說一下我對以上兩者的理解。
非阻塞
我們先來看一段.NET中異步編程的代碼：
using(FileStream fs = new FileStream("hello.txt", FileMode.Open))
{
byte[] data = new byte[fs.Length];
fs.BeginRead(data, 0, fs.Length, new AsyncCallback(onRead), null);
Console.WriteLine("the end");
}
如上代碼所示，由於FileStream.BeginRead是一個異步方法，所以不管hello.txt文件有多大，FileStream.BeginRead方法的調用並不會阻塞調用線程，Console.WriteLine方法立馬便可執行。同理，如果在nodejs中所有的方法都是“異步方法”，那么在nodejs中任何方法的調用均不會阻塞調用線程，實質上，nodejs中大部分庫方法確實是這樣的。這就是為什么我們會說nodejs中代碼是非阻塞的。
單線程
對這個概念有誤解的人非常之多，以為nodejs程序中就一個線程，然后有很多人會問：既然只有一個線程，那么怎么並行處理多個任務呢？
其實這里說的單線程並不是指nodejs程序中只有一個線程存在，我個人感覺官方給出“單線程”說法本身就具有誤導性，所以也怪不得大部分初學者。那么“單線程”到底什么意思呢？其實這里的“單線程”指的是我們（開發者）編寫的代碼只能運行在一個線程當中（可以稱之為主線程吧），就像我們在Windows桌面程序開發中一樣，編寫的所有界面代碼均運行在UI線程之中。
那么還是剛才那個問題，所有編寫的代碼均運行在一個線程中，那么怎樣去並行處理任務呢？這個就要想到前面介紹的“異步方法”了，沒錯，雖然開發者編寫的所有代碼均運行在一個線程中，但是我們可以在這個線程中調用異步方法啊，而異步方法內部實現過程當然要采用多線程了。就像下圖：
如上圖所示，nodejs中的單線程指的是圖中的主線程，該主線程中包含一個循環結構，維持整個程序持續運轉。
注：該循環結構也稱之為“泵”結構，是每個系統必備的結構。具體可以參見我之前的一篇博客《動力之源：代碼中的泵》。
因此我們可以說，在nodejs中寫的代碼（包括回調方法）均只運行在一個線程中，但是不代表它只有一個線程。nodejs中許多異步方法在具體的實現時，內部均采用了多線程機制（具體后面會講到）。
如果看過我前面博客的一些讀者可能知道，一個系統（或者說一個程序）中必須至少包含一個大的循環結構（我稱之為“泵”），它是維持系統持續運行的前提。nodejs中一樣包含這樣的結構，我們叫它“事件輪詢”，它存在於主線程中，負責不停地調用開發者編寫的代碼。我們可以查看nodejs官方網站上對nodejs的說明：
我們可以看到，在nodejs中這個“循環”結構對開發者來講是不可見的。
那么開發者編寫的代碼是怎樣通過事件輪詢來得到調用的呢？尤其是一些異步方法中帶的回調函數？看下面一張圖：
如上圖所示，每個異步函數執行結束后，都會在事件隊列中追加一個事件（同時保存一些必要參數）。事件輪詢下一次循環便可取出事件，然后會調用異步方法對應的回調函數（參數）。這樣一來，nodejs便能保證開發者編寫的每行代碼（每個回調）均在主線程中執行。注意這里有一個問題，如果開發者在回調函數中調用了阻塞方法，那么整個事件輪詢就會阻塞，事件隊列中的事件得不到及時處理。正因為這樣，nodejs中的一些庫方法均是異步的，也提倡用戶調用異步方法。
其實看到這里的時候，如果有對Windows編程（尤其對Windows界面編程）比較了解的讀者可能已經聯想到了Windows消息循環。
沒錯，nodejs中的事件輪詢原理跟Windows消息循環的原理類似。開發者編寫的代碼均運行在主線程中，如果你編寫了阻塞代碼，在Windows桌面程序中，由於消息得不到及時處理，界面就會卡死。
咱們再來看一下下面的nodejs代碼：
var fs = require('fs');
fs.readFile('hello.txt', function (err, data) { //異步讀取文件
console.log("read file end");
});
while(1)
{
console.log("call readFile over");
}
如上，雖然我們使用異步方法讀取文件，但是文件讀取完畢后“read file end”永遠不會輸出，也就是說readFile方法的回調函數不會執行。原因很簡單，因為后面的while循環一直沒退出，導致下一次事件輪詢不能開始，所以回調函數不能執行（包括其他所有回調）。事實再次證明，開發者編寫的所有代碼均只能運行在同一線程之中（姑且稱之為主線程吧）。
所謂異步方法，就是調用該方法不會阻塞調用線程，哪怕方法內部要進行耗時操作。你可以理解為方法內部單獨開辟了一個新線程去處理任務，而調用異步方法僅僅是開啟這個新線程。下面的代碼模擬一個異步方法的內部結構（僅僅是模擬，不代表實際）：
public void DoSomething(int arg1,AsyncCallback callback)
{
(Action)(delegate()
{
Thread.Sleep(1000*20); //模擬耗時操作
if(callback != null)
{
callback(...); //調用回調函數
}
}).BeginInvoke(null,null);
}
如上代碼所示，調用DoSomething方法不會阻塞調用線程。那么對於每一個異步方法，怎樣去判斷異步操作是否執行完畢呢？這時候必須給異步方法傳遞一個回調函數作為參數，在.NET中，這個回調參數一般是AsyncCallback類型的。如大家所熟知的FileStream.BeginRead/BeginWrite以及Socket.BeginReceive/BeginSend等等均屬於該類方法。
但是，我之所以要提異步方法，就是想讓大家區分nodejs中的異步方法和.NET中異步方法的一個重大區別，雖然兩者內部原理可以理解為一致的，但是在回調函數的調用方式這一點上，兩者有截然不同的方式。
在.NET中，每個異步方法的回調函數均在另外一個線程中執行（非調用線程），而在nodejs中，每個異步方法的回調函數仍然還在調用線程上執行。至於為什么，大家可以看一下前面講事件輪詢的部分，nodejs中每個回調函數均由主線程中的事件輪詢來調用。這樣才能保證在nodejs中，開發者編寫的任何代碼均在同一個線程中運行（所謂的單線程）。
注：不懂調用線程、當前線程是什么意思的同學可以看一下這篇博客：《高屋建瓴：梳理編程約定》。