如果我们平常有浏览有关Node.js的文章，估计我们都会听到最多关于Node.js是异步非阻塞I/O,单线程，事件机制。本章节主要去深入探讨这几种特性(PS:本文是对所学知识的学习和总结，可能存在理解错误。请带着怀疑的眼光，同时如果有错误希望能指出。)

章节二.png

一、Node.js的异步I/O，非阻塞I/O

首先我们先来理解几个概念：阻塞IO(blocking I/O)和非阻塞IO(non-blocking I/O)、同步IO(synchronous I/O)和异步IO(synchronous I/O)。

问题:这里肯定有人想问，异步I/O和非阻塞I/O不是一回事吗？？

答案:异步I/O和非阻塞I/O根本不是同一回事，曾经笔者一直天真的以为非阻塞I/O就是异步I/O T_T(直到看见朴灵大神的深入浅出Node.js)。

1.现在我们来了解什么是异步I/O，什么是同步I/O？

这里转自有趣的知乎er
老张爱喝茶，废话不说，煮开水。出场人物：老张，水壶两把（普通水壶，简称水壶；会响的水壶，简称响水壶）。
1：老张把水壶放到火上，立等水开。（同步阻塞）老张觉得自己有点傻
2： 老张把水壶放到火上，去客厅看电视，时不时去厨房看看水开没有。（同步非阻塞）老张还是觉得自己有点傻，于是变高端了，买了把会响笛的那种水壶。水开之后，能大声发出嘀~~~~的噪音。
3：老张把响水壶放到火上，立等水开。（异步阻塞）老张觉得这样傻等意义不大
4： 老张把响水壶放到火上，去客厅看电视，水壶响之前不再去看它了，响了再去拿壶。（异步非阻塞）老张觉得自己聪明了。
所谓同步异步，只是对于水壶而言。普通水壶，同步；响水壶，异步。虽然都能干活，但响水壶可以在自己完工之后，提示老张水开了。这是普通水壶所不能及的。同步只能让调用者去轮询自己（情况2中），造成老张效率的低下。
所谓阻塞非阻塞，仅仅对于老张而言。立等的老张，阻塞；看电视的老张，非阻塞。情况1和情况3中老张就是阻塞的，媳妇喊他都不知道。虽然3中响水壶是异步的，可对于立等的老张没有太大的意义。所以一般异步是配合非阻塞使用的，这样才能发挥异步的效用。
作者：愚抄
链接：https://www.zhihu.com/question/19732473/answer/23434554
来源：知乎
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二、单线程

在专题一的介绍，我们指导Node.js的runtime是V8，而V8设计是为了让Chrome浏览器对Javascript语言进行编译和解析的，另外有过JS经验的工程师都知道，JS的最大特点是单线程，而Node.js对V8的延用也是针对这一非常重要的特点。那么什么是单线程,单线程指的是，一个进程只能拥有一个线程，程序按顺序执行，只有等到前面的程序执行完毕，才能执行下一个!来看看Node对Http服务的模型，

node_http_model.png

实验.png

先将index.js的代码改成这样，然后打开浏览器，你会发现浏览器在10秒之后才做出反应，打出Hello Node.js

堆栈图.png

JavaScript是解析性语言，代码按照编码顺序一行一行被压进stack里面执行，执行完成后移除然后继续压下一行代码块进去执行。上面代码块的堆栈图，当主线程接受了request后，程序被压进同步执行的sleep执行块（我们假设这里就是程序的业务处理），如果在这10s内有第二个request进来就会被压进stack里面等待10s执行完成后再进一步处理下一个请求，后面的请求都会被挂起等待前面的同步执行完成后再执行，所以这也说明Node.js单线程的执行模型，因为这样的特性，我们的页面不能有耗时很长的同步处理程序阻塞了程序的后续执行，而对于耗时过长的程序应该采用异步执行，这里也就是Node.js的第二个特性，异步。

三、异步

我们平时说的Node.js是异步的，那么具体是指那部分异步,而答案是主线程的异步处理函数队列+多线程异步I/O

1.主线程的异步处理函数队列

上面那句话看上去是不是有点抽象难懂，现在来进行解释，所谓主线程异步处理函数队列是指主线程的主要执行空间除了stack(执行栈)和head(产生堆)外，还会callback queue(回调函数队列),而callback queue是存放了异步处理的回调函数，当一个异步I/O处理完，就会向callback queue存放一个回调函数，当stack里面的程序执行完，主线程就会从callback queue取出已经存放好的回调函数去执行，而我们平时最常见的异步，除了事件外，还有timer，例如setTimeout，不如我们举一个栗子~

let sleep = (time)=>{
    let exit = Date.now+time*1000;
    while(Date.now()<exit){};
    console.log('end sleep')
    return
}

let main = ()=>{
    setTimeout(()=>{
         console.log('setTimeout run');
    },0)
    sleep(5);
    console.log('after sleep');
}

main()

执行输出：
end sleep
after sleep
undefined(由于每个函数执行完都会自行return，如果没指定，就会输出undefined，这个是main执行完return出来的)
setTimeout run

下面是代码块的主线程堆栈执行：

异步.png

2.多线程异步I/O

这里可能有人会有疑问，买卖皮喔！你不是说Node.js是单线程吗，你这不是自己打脸吗?我想说，这里其实是没有冲突的，Node.js每个进程里面只有一个主线程来处理程序。因此，主线程是单线程，而主线程之外调用的I/O处理是通过一个叫做线程池的结构来管理的，所以I/O的处理是多线程的，而主线程和I/O线程池则通过上面刚刚讲述的主线程的异步处理函数队列来协作。(PSNode.js只对文件系统以及DNS实现了多线程I/O封装，网络I/O还是采用单线程形式)如图:

多线程.png

上图在主线程中，当遇到需要处理的I/O时，就将I/O的处理放在I/O线程池中管理，而主线程继续执行，当I/O线程池中有I/O完成了，就会想callback queue注册回调函数等待主线程执行，而Node.js的高性能也是得益于其将阻塞的I/O异步化，使得不影响主逻辑的执行。

四、事件驱动

文章至此，我们先进行总结，Node.js至此我们简介了两个主要特性，单线程，异步,每个Node程序只会在主线程中执行程序代码，在执行过程中将阻塞的I/O操作异步化，将放至I/O线程池中进行管理，当线程池中有I/O操作完成，就会向callback queue注册回调函数，等待同步逻辑执行完成后再通过callback queue里面取出回调函数压进stack里面执行，好了，而事件驱动的作用就是取出回调函数。事件驱动又叫事件循环，是指主线程从主线程的异步处理函数队列里面不停循环的读取事件，驱动了所有的异步回调函数的执行。详情Node事件轮询

事件机制.png

至此整个Node.js的异步化逻辑可以不断循环的跑起来了，以上则是我们日常所言的Node.js的三大特性以及其原理。

参考资料:
Node事件轮询
JS运行机制
Node.js特性分析
非阻塞I/O和异步I/O的区别