如何理解 Node.js 不是完全的单线程的程序(浅析)
为什么说 Node.js 不是完全的单线程?如何理解?下面本篇文章就来带大家探讨一下,希望对大家有所帮助!
相信大家都知道 node 是一个单线程程序,使用了 Event Loop 可以做到多并发。可惜这是不完全正确的。
那么为什么说 Node.js 不是完全的单线程的程序呢?
Node.js 是单线程的程序*
所有我们自己写的 Javsacript,V8, event loop都跑在同一个线程里面,也就是 main thrad。
哎嗨,这不正说明 node 是单线程的吗?
但是也许你不知道 node 有很多模块背后都是 C++ code。
虽然 node 没有给使用者暴露控制 thread 的权限,但是 C++ 是可以使用多线程的。
那么什么时候 node 会使用多线程呢?
如果一个 node 方法,背后调用C++的同步方法,那么都是跑在 main thread 里面的。
如果一个 node 方法,背后调用C++的异步方法,有时候不是跑在 main thread 里面的。
Talk is cheap, show me the code.
同步方法,跑在 main thread 里面
这里 crypto
相关模块,很多是 C++ 写的。下面一段程序是计算hash的函数,一般用来存储密码。
import { pbkdf2Sync } from "crypto"; const startTime = Date.now(); let index = 0; for (index = 0; index < 3; index++) { pbkdf2Sync("secret", "salt", 100000, 64, "sha512"); const endTime = Date.now(); console.log(`${index} time, ${endTime - startTime}`); } const endTime = Date.now(); console.log(`in the end`);
输出的时间,
0 time, 44 1 time, 90 2 time, 134 in the end
可以看到每次大概都是花费~45ms,代码 main thread 上顺序执行。
注意最后的输出是谁? 注意这里一次 hash 在我的 cpu 需要~45ms。
异步 pbkdf2 方法,不跑在 main thread 里面
import { cpus } from "os"; import { pbkdf2 } from "crypto"; console.log(cpus().length); let startTime = console.time("time-main-end"); for (let index = 0; index < 4; index++) { startTime = console.time(`time-${index}`); pbkdf2("secret", `salt${index}`, 100000, 64, "sha512", (err, derivedKey) => { if (err) throw err; console.timeEnd(`time-${index}`); }); } console.timeEnd("time-main-end");
输出的时间,
time-main-end: 0.31ms time-2: 45.646ms time-0: 46.055ms time-3: 46.846ms time-1: 47.159ms
这里看到,main thread 早早结束,然而每次计算的时间都是45ms,要知道一个 cpu 计算 hash 的时间是45ms,这里 node 绝对使用了多个线程进行hash计算。
如果我这里把调用次数改成10次,那么时间如下,可以看到随着CPU核数的用完,时间也在增加。再一次证明node 绝对使用了多个线程进行hash计算。
time-main-end: 0.451ms time-1: 44.977ms time-2: 46.069ms time-3: 50.033ms time-0: 51.381ms time-5: 96.429ms // 注意这里,从第五次时间开始增加了 time-7: 101.61ms time-4: 113.535ms time-6: 121.429ms time-9: 151.035ms time-8: 152.585ms
虽然这里证明了,node绝对启用了多线程。但是有一点点小小的问题?我的电脑的CPU是AMD R5-5600U,有6个核心12线程啊。但是为什么时间是从第五次开始增加的呢,node没有完全利用我的CPU啊?
原因是什么呢?
Node 使用了预定义的线程池,这个线程池的大小默认是4.
export UV_THREADPOOL_SIZE=6
让我们在看一个例子,
HTTP request
import { request } from "https"; const options = { hostname: "www.baidu.com", port: 443, path: "/img/PC_7ac6a6d319ba4ae29b38e5e4280e9122.png", method: "GET", }; let startTime = console.time(`main`); for (let index = 0; index < 15; index++) { startTime = console.time(`time-${index}`); const req = request(options, (res) => { console.log(`statusCode: ${res.statusCode}`); console.timeEnd(`time-${index}`); res.on("data", (d) => { // process.stdout.write(d); }); }); req.on("error", (error) => { console.error(error); }); req.end(); } console.timeEnd("main");
main: 13.927ms time-2: 83.247ms time-4: 89.641ms time-3: 91.497ms time-12: 91.661ms time-5: 94.677ms ..... time-8: 134.026ms time-1: 143.906ms time-13: 140.914ms time-10: 144.088ms
这里主程序也早早结束了,这里我启动 http request 去下载15次图片,他们花费的时间并没有成倍增加,似乎不受限于线程池/cpu的影响。
为什么啊??Node 到底有没有在使用线程池啊?
如果 Node 背后的 C++ 的异步方法,首先会尝试是否有内核异步支持,比如这里网络请是使用 epoll (Linux),如果内核没有提供异步方式,Node才会使用自己的线程池。。
所以 http 请求虽然是异步,不过是由内核实现的,等到内核完成后,会通知C++, C++会通知给 main thread 处理callback。
那么 Node 哪些异步方法会使用线程池呢?哪些不会呢?
原生 Kernal Async
- TCP/UDP server client
- Unix Domain Sockets (IPC)
- pipes
- dns.resolveXXX
- tty input(stdin etc)
- Unix signals
- Child process
Thread pool
- fs.*
- dns.lookup
- pipe (edge case)
这也是大部分 Node 优化的切入点。
但是这些怎么和最重要的 Event Loop 结合起来呢?
Event Loop
相信大家都对 Event loop 非常熟悉了。Event loop 好比一个分发员,
如果是遇到普通 javascript 程序或者是 callback,交给 V8 处理。
如果遇到同步方法后背是 C++ 写的,交给C++,跑在 main thread。
如果遇到异步方法后背是 C++ 写的,如果有内核异步支持,从main thread 交给内核处理。
如果是异步方法后背是 C++ 写的,如果没有内核异步支持,从 main thread 交给 thread pool。
thread pool 和内核有结果都会把结果返回 event loop,如果注册的有 javascript callback,就交给V8进行处理。
然后如此循环,直到没有东西可以处理。
所以 Node 不完全是单线程程序。
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