阻塞与非阻塞概述

本概述介绍了 Node.js 中阻塞调用和非阻塞调用的区别。本概述将涉及事件循环和 libuv，但不需要预先了解这些主题。读者应该对 JavaScript 语言和 Node.js 的回调模式有基本的了解。

INFO

“I/O” 主要指与系统磁盘和网络的交互，由 libuv 支持。

阻塞

阻塞指的是 Node.js 进程中其他 JavaScript 代码的执行必须等到非 JavaScript 操作完成才能继续。这是因为在进行阻塞操作时，事件循环无法继续运行 JavaScript。

在 Node.js 中，由于 CPU 密集型而不是等待非 JavaScript 操作（例如 I/O）导致性能较差的 JavaScript 通常不被认为是阻塞的。Node.js 标准库中使用 libuv 的同步方法是最常用的阻塞操作。原生模块也可能具有阻塞方法。

Node.js 标准库中的所有 I/O 方法都提供异步版本，这些版本是非阻塞的，并接受回调函数。某些方法也具有阻塞对应方法，其名称以 Sync 结尾。

代码对比

阻塞式 方法同步执行，而非阻塞式 方法异步执行。

以文件系统模块为例，这是一个同步的文件读取：

const fs = require('node:fs')
const data = fs.readFileSync('/file.md') // 在此处阻塞，直到文件读取完毕

这是一个等效的异步示例：

const fs = require('node:fs')
fs.readFile('/file.md', (err, data) => {
  if (err) throw err
})

第一个示例看起来比第二个示例更简单，但它有一个缺点，即第二行会阻塞任何其他 JavaScript 代码的执行，直到整个文件读取完毕。请注意，在同步版本中，如果抛出错误，则需要捕获它，否则进程将崩溃。在异步版本中，由作者决定是否应抛出错误，如所示。

让我们稍微扩展一下我们的示例：

const fs = require('node:fs')
const data = fs.readFileSync('/file.md') // 在此处阻塞，直到文件读取完毕
console.log(data)
moreWork() // 将在 console.log 之后运行

这是一个类似的，但不等效的异步示例：

const fs = require('node:fs')
fs.readFile('/file.md', (err, data) => {
  if (err) throw err
  console.log(data)
})
moreWork() // 将在 console.log 之前运行

在上面的第一个示例中，console.log 将在 moreWork() 之前被调用。在第二个示例中，fs.readFile() 是非阻塞的，因此 JavaScript 执行可以继续，moreWork() 将首先被调用。无需等待文件读取完成即可运行 moreWork() 的能力是一个关键的设计选择，它允许实现更高的吞吐量。

并发和吞吐量

Node.js 中的 JavaScript 执行是单线程的，因此并发指的是事件循环在完成其他工作后执行 JavaScript 回调函数的能力。任何期望以并发方式运行的代码都必须允许事件循环在进行非 JavaScript 操作（如 I/O）时继续运行。

例如，让我们考虑一下这种情况：每个对 Web 服务器的请求需要 50 毫秒才能完成，而这 50 毫秒中的 45 毫秒是数据库 I/O，可以异步完成。选择非阻塞异步操作可以释放每个请求的这 45 毫秒来处理其他请求。仅仅是选择使用非阻塞方法而不是阻塞方法，就会在容量方面产生显著差异。

事件循环与许多其他语言中的模型不同，在许多其他语言中，可能会创建额外的线程来处理并发工作。

混合阻塞和非阻塞代码的危险

在处理 I/O 时，应该避免某些模式。让我们来看一个例子：

const fs = require('node:fs')
fs.readFile('/file.md', (err, data) => {
  if (err) throw err
  console.log(data)
})
fs.unlinkSync('/file.md')

在上面的例子中，fs.unlinkSync() 可能会在 fs.readFile() 之前运行，这会在实际读取 file.md 之前将其删除。更好的方法是完全非阻塞并保证按正确顺序执行的写法如下：

const fs = require('node:fs')
fs.readFile('/file.md', (readFileErr, data) => {
  if (readFileErr) throw readFileErr
  console.log(data)
  fs.unlink('/file.md', unlinkErr => {
    if (unlinkErr) throw unlinkErr
  })
})

上述代码在 fs.readFile() 的回调函数中放置了一个非阻塞的 fs.unlink() 调用，这保证了操作的正确顺序。

阻塞与非阻塞概述 ​

阻塞 ​

代码对比 ​

并发和吞吐量 ​

混合阻塞和非阻塞代码的危险 ​

阻塞与非阻塞概述

阻塞

代码对比

并发和吞吐量

混合阻塞和非阻塞代码的危险