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为什么 Node.js 的异步 IO 具有非常好的性能

Node.js 的卖点是「异步单线程」,虽然主流 Web 后端编程语言中,对异步编程有很好支持的语言并不少,但只有 Node.js 丧心病狂地将所有 IO 强制异步进行。Python 和 Ruby 也有这样的框架,但因为在实际使用中会不可避免地用到含有同步代码的库,因此没能成长起来,而在 Node.js 之前,JavaScript 的服务器端编程几乎是空白,所以 Node.js 才得以建立起了一个所有 IO 均为异步的代码库。

大部分 Web 应用的瓶颈都在 IO, 即读写磁盘,读写网络,读写数据库。使用怎样的策略等待这段时间,就成了改善性能的关键点。

  • PHP 的策略:多进程运行,直接原地等待 IO 完成。缺点:多个进程会消耗多份内存,进程间难以共享数据。
  • C/C++ 通常的策略:多线程运行,程序自己维护锁的状态。缺点:开发成本高,容易出错,不易调试。
  • Python(Tornado): 多个请求在单个进程中轮流执行,遇到 IO 时切换到另一个请求。缺点:对于单个请求而言,依然没有最高效地利用时间。

何谓「最高效地利用时间」?比如现在有两个不相关的数据库查询,在 PHP 中通常会先执行一个,执行完成后再执行第二个(总时间是 a + b). 显然这不是最高效的,应该同时执行两个查询,时间是 max(a, b).

Python 和其他支持多线程的语言的问题就在于,在语言层面,程序员很难告诉虚拟机,应当将两个操作同时执行,即使有办法,也相当麻烦,大多数人懒得去用(也不值得去用)。而因为 Node.js 丧心病狂地强制所有 IO 异步执行,Node.js 的程序员也可以说是轻车熟路,配合一些改善代码可读性库(promise, async), 可以很轻松地让不相干的操作并行执行。

上面讲了异步 IO 的实现,那么异步 IO 的优势究竟体现在哪里呢。实际上异步 IO 并不能神奇地减轻服务器的压力,该加服务器还是一样要加服务器,只不过异步 IO 会减少单个请求的时间,去掉单个请求中那些无意义的等待时间。所以单位时间内处理的请求没有变化,但每个请求的处理时间却减少了。从这个角度,服务器也节约了一些资源——即维持每个请求的连接消耗的内存。

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该博客使用基于  Hexo  的  simpleblock  主题。博客内容使用  CC BY-NC-ND  授权发布。最后生成于 2021-05-27.