Node.js 如何解决I/O操作阻塞的问题

Node.js使用非阻塞的I/O操作机制，这使得你可以在程序运行时只有一个线程执行。如果Node.js必须使用阻塞的I/O操作，那么在等待I/O操作完成时，你将无法做任何其他事情。下面是一个示例图像，展示了Node.js需要使用阻塞I/O操作时的情况：

Node.js项目包括JavaScript引擎、事件循环和I/O层。它通常被称为非阻塞Web服务器。

注意： “I/O”通常是指系统磁盘和网络之间的交互，由libuv支持。

为什么阻塞I/O操作是一个问题？

在传统的编程语言（如C和PHP）中，默认情况下，所有指令都被阻塞，除非你明确地“启用”它执行异步操作。假设你发起了一个网络请求来读取一些数据，或者你想要读取一些文件并将其数据显示给用户，但是这个线程的执行被阻塞，直到响应准备好。为了解决这个阻塞I/O流的问题，JavaScript允许你以非常简单的方式创建异步和非阻塞代码，使用单线程、回调函数和事件驱动的编程方式。

让我们通过一个示例来更好地理解这个！

示例1： 以下示例使用readFileSync()函数读取文件并演示Node.js中的阻塞：

// The fs module provides access to  
// interact with the file system. 
  
const fs = require('fs'); 
const data = fs.readFileSync('/sample.txt'); 
  
/*This line of code will block the main thread,  
  until the file is read.*/
  
console.log(data); 
console.log("This is a beautiful message"); 
console.log("This code is doing some great work")

输出：

This data is from the text file
This is a beautiful message
This code is doing some great work

解释： 在上面的示例中，我们可以看到阻塞方法是同步执行的[或者你可以说是逐行执行]。现在你看到每一行代码都等待前一行执行完毕才能得到结果，这可能会成为一个问题，特别是对于读取、更新或者其他与I/O相关的慢操作，因为每一行代码都会阻塞后续代码的执行，我们称之为阻塞代码，因为下一行代码只有在前一行执行完毕后才能执行，由于Node.js的设计方式，这变成了一个庞大的问题，这导致我们使用非阻塞方法来解决，即代码的执行是异步的，意味着不是逐行执行，而是使用回调函数来实现这种非阻塞行为。下面是同样的示例，我们使用了上面描述同步行为的回调函数进行了修改，使之变成了异步的。

示例2： 下面的示例使用readFile()函数来读取文件并展示Node.js中的非阻塞行为。

const fs = require('fs'); 
  
// This piece of code doesn't block the main thread 
// but will run after the file is completely read. 
  
fs.readFile('/sample.txt', (err, data) => { 
    if (err) throw err; 
    else { 
        // Call-back function 
        console.log(data); 
    } 
}); 
  
console.log("This is a beautiful message"); 
console.log("This code is doing some great work")

输出：

This is a beautiful message
This code is doing some great work
This data is from the text file

注意： 在上面的示例中，我们看到在非阻塞方法中，控制台实际上在文件内容之前打印了消息。这是因为程序不等待readFile()函数返回并转到下一个操作，使其异步。当readFile()函数返回时，它打印文本文件的内容。

Node.js如何解决这个问题？

你可能听说过非阻塞I/O的概念，以及Node.js如何使用它来解决阻塞调用问题并实现超快速运行，但是非阻塞I/O是什么，为什么它有用？我们稍后会理解这个问题，但首先，您需要了解服务器和线程是如何工作的，以及服务器如何处理请求。在转向Node.js之前，让我们简要介绍一下服务器和线程。

服务器实际上就是接受请求并执行一些工作来计算需要发送的响应的东西。例如，当您访问google.com时，您会向Google服务器发送一个HTTP请求，该服务器计算您在浏览器主页上应该看到的HTML响应。但在内部，服务器将工作分配给一个或多个线程（一个线程可以被视为一个单一的工作人员），同时处理其他用户的需求和请求，而不阻塞主线程。

我们可以通过使用餐厅作为类比来探索这一点，在一个经常被访问的餐厅中，只有一个服务员，因为它并不是很受欢迎，客户往往一个接一个地来，服务员在转向下一个顾客之前为每一家服务，当服务员完成一桌客人后，要么等待更多客户，要么转到另一个客户。这个示例很好地描述了服务器的工作方式。

Node.js 如何解决I/O操作阻塞的问题