使用事件驱动和异步I/O模式，Node.js实现了单线程和高并发的运行时环境，单线程意味着同一时间只能做一件事。那么Node.js如何利用单线程实现高度并发和异步的I/O呢？本文将围绕这个问题讨论Node.js的单线程模型：

1.高并发性

一般来说，高并发的解决方案是多线程模型。服务器为每个客户端请求分配一个线程，使用同步I/O，系统通过线程切换来弥补同步I/O调用的时间开销。阿帕奇就是这样的策略。由于I/O一般都是耗时的操作，这种策略很难实现高性能，但是非常简单，可以实现复杂的交互逻辑。

事实上，大多数网站的服务器端并不做太多计算。他们只是接收请求，将它们交给其他服务(例如从数据库中读取数据)，然后等待结果返回，然后将它们发送给客户端。因此，鉴于这一事实，Node.js采用了单线程模型来处理。它不是为每个访问请求分配一个线程，而是使用一个主线程来处理所有请求，然后异步处理I/O操作，避免了创建和销毁线程以及在线程之间切换的开销和复杂性。

2.事件周期

Node.js在主线程中维护一个事件队列。收到请求后，它将请求作为事件放入队列，然后继续接收其他请求。当主线程空闲时(当它不请求访问时)，它开始循环事件队列，并检查队列中是否有任何要处理的事件。此时有两种情况：如果是非I/O任务，会亲自处理，通过回调函数返回上层调用；如果是I/O任务，从线程池中取出一个线程执行这个事件，指定一个回调函数，然后继续循环队列中的其他事件。线程中的I/O任务完成后，执行指定的回调函数，完成的事件放在事件队列的末尾，等待事件循环。当主线程再次循环到事件时，它被直接处理并返回到上层进行调用。这个过程称为事件循环，如下图所示：

该图展示了整个Node.js的工作原理，从左到右，从上到下，Node.js分为四层，分别是应用层、V8引擎层、Node API层和LIBUV层。

应用层：Javascript交互层，俗称Node.js模块，如http、fsV8引擎层：由V8引擎解析Javascript语法，然后与下级API交互；NodeAPI层：为上层模块提供系统调用，通常用C语言实现，与操作系统交互；LIBUV层：事件循环，Node.js异步实现的核心，由LIBUV库实现，LIBUV中的线程池

从上面的理解来看，Node.js的单线程只是指在单线程中运行的Javascript，而不是Node.js，在Node中，无论是Linux还是Windows平台，内部都使用线程池完成IO操作，LIBUV根据不同平台的差异实现统一调用。

3.事件驱动

总结以上过程，我们可以发现Node.js的核心是使用事件驱动的方式实现异步I/O。为了更具体更清楚地理解和接受这个事实，我们用代码来描述Node.js的事件驱动模型：

3.1.事件队列

首先，我们需要定义一个事件队列。因为它是一个队列，所以它是先进先出(FIFO)数据结构。我们用JS数组来描述它，如下所示：

/* * *定义事件队列* enqueue: unshfit() *出列：pop() *空队列：length==0 */eventQueue:[]，为了便于理解，我们规定数组的第一个元素是队列的尾部，数组的最后一个元素是队列的头部，unshfit是在尾部插入一个元素，pop是从队列开始

3.2.接收请求

定义接收用户请求的通用门户，如下所示：

/* * *接收用户请求*每个请求都会进入函数*传递参数request和Response */process http request :函数(request，Response){ //定义一个事件对象varevent=createevent({ params 3360 request . params，//传递请求参数result3360null，//存储请求结果callback 3360 function(){ }//指定回调函数})；//在队列末尾添加eventQueue.unshift(事件)；}，这个功能很简单，就是把用户的请求包装成一个事件，放入队列中，然后继续接收其他请求。

3.3.事件周期

当主线程空闲时，它开始循环事件队列，因此我们定义了一个事件循环函数：

/* * *事件循环体，主线程选择执行*循环通过事件队列*处理事件*执行回调，并返回上层*/*/eventloop : function(){///如果队列不为空，则继续循环while (this。event queue . length 0){//取出一个事件var event=this.eventQueue.pop(。//如果是IO任务if(isIOTask(event)){ //从线程池中取出一个线程varthread=getthreadfromthreadpool()；//交给线程处理。线。handleevent(事件)} else {//处理完非IO任务后，直接返回结果var result=handleEvent(事件)；//最后通过回调函数返回到V8，再由V8返回到application event . callback . call(null，result)；}}}，主线程不断检查事件队列，IO任务交给线程池处理，非IO任务自己处理返回。

3.4.线程池

接收到任务后，线程池直接处理IO操作，比如读取数据库：

当IO

/* * *处理IO任务*完成后将事件添加到队列末尾*释放线程*/handleotask:函数(事件){//当前线程var curThread=this//operation database varopt database=function(params，callback){ var result=readdatafromdb(params)；callback.call(null，result)}；//执行IO任务optdatabase(事件。params，function(result){//返回结果并存储在事件对象event.result=result中；//IO//完成后，将不再是耗时的任务事件，event.isIOTask=false//将事件添加回队列尾部this.eventQueue.unshift(事件)；//释放当前线程releaseThread(curThread) })}任务完成后，执行回调，将请求结果存储在事件中，将事件放回队列中，等待循环，最后释放线程。当主线程再次循环到事件时，它被直接处理。

4.Node.js的弱点

以上四个步骤简单描述了Node.js的事件驱动模型，至此，我们应该对Node.js有一个简单明了的了解，但是Node.js什么都做不了。

如上所述，如果是I/O任务，Nodejs会将任务交给线程池进行异步处理，既高效又简单。所以Node.js适合处理I/O密集型任务，但并不是所有的任务都是I/O密集型任务。当遇到CPU密集型任务时，是一种只使用CPU计算的操作，例如加密和解密数据(node.bcrypt.js)。数据压缩解压(node-tar)，然后Node.js亲自处理，一个一个计算。前面的任务没有完成，后面的任务只能等待，如下图所示：

在事件队列中，如果前一个CPU计算任务没有完成，那么后面的任务就会被阻塞，响应就会变慢。如果操作系统本身是单核，那就算了，但是现在大多数服务器都是多CPU或者多核，而Node.js只有一个EventLoop，只占用一个CPU/核。当Node.js被CPU密集型任务占用，导致其他任务被阻塞时，仍然有CPU/内核处理空闲。因此，Node.js不适合CPU密集型任务。

5.Node.js适用场景

5.1、RESTful应用编程接口

这是Node的理想选择，因为您可以构建它来处理数万个连接。它仍然不需要很多逻辑；它本质上只是从数据库中查找一些值，然后将它们组成一个响应。由于响应是少量文本，入站请求也是少量文本，所以流量不高，甚至一台机器就能处理最繁忙公司的API需求。

5.2.实时程序

比如聊天服务，聊天应用就是Node.js优势的最好例证：轻量级、高流量，并且可以很好地应对跨平台设备上运行的密集数据(虽然计算能力较低)。同时，聊天也是一个值得学习的用例，因为它很简单，涵盖了一个典型的Node.js到目前为止将使用的大多数解决方案。

以上是边肖介绍的Node.js的单线程模型。希望对大家有帮助。如果你有任何问题，请给我留言，边肖会及时回复你。非常感谢您对我们网站的支持！