[今晚我想来点 Express 佐 MVC 分层架构] DAY 28 - node.js 与线程 (上)

node.js 之所以能够运行 JavaScript 程序码，是因为底层依赖 google 在 chrome 中使用的 V8 引擎，它是一个跑得非常快的 JavaScript 引擎，速度快到 让 JavaScript 的速度胜过诸多语言，不过仍然没有突破 JavaScript 的限制，就是 单线程问题。

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线程是什麽？

线程就是所谓的执行绪，用很简单的比喻来说明线程的概念：

单线程

假设今天去某超市采购中秋烤肉的材料，这家超市释出很好的折扣，让大家愿意拿出三倍券来该超市进行采购，不过生意实在太好，超出业主预期，业主当初预期聘请一名结帐人员就能够负荷，结果现在大排长龙，结帐人员忙得不可开交，客人们也等到头发都白了...

从上面可以看出只有一人在处理结帐流程，当结帐的人变多了，自然会形成忙不过来的状况。在电脑的世界里也有相同的问题，假设电脑是单核心的 CPU，那每个资源请求就是只能 透过一个核心来处理 。

多线程

延续上面超市的例子，业主设置了多个收银台，并且聘请了多名结帐人员来 分散结帐人流，降低了所有结帐人员的工作量，更能够缩短客户排队的时间。可以发现业主透过增加设备与人员来解决结帐问题，在电脑的世界也是一样，透过资源的扩充来弥补硬体资源上的不足，让每个资源请求能够 透过多个核心来处理。

node.js 线程问题

看完上述的举例之後应该会有部分人感到困惑：明明电脑是多核心处理器，为什麽说 JavaScript 只能单线程？这个道理很简单，同样用超市举例来说明，假设今天这家超市本来就已经有 8 个收银台，但业主就是只聘请一名结帐人员，那有再多收银台也没有意义，简单来说就是 JavaScript 本身只支援使用单一线程来运行，CPU 再多核也无法改善这个问题。

不过说 node.js 只支援单线程又有点不太对，主要是因为 node.js 不是只靠 V8 引擎在运作，底层依赖的东西非常多，这时候就要搬出 node.js 的运作图了：

node Application 就是我们平常写的 node.js 应用程序，在这个层级的程序码会透过 V8 引擎 执行，并经由 node.js API 去跟使用 C 语言撰写的 libuv 进行互动，而 libuv 提供了 Event Loop 让单线程的操作可以实现 异步不阻塞，这也是 node.js 可以执行得 像多线程 的原因。事实上大多数情况 node.js 是单线程在运作，但只要是跟 I/O 有关的操作，libuv 就会使用多线程的方法处理，等於说 node.js 并不完全是单线程。

Event Loop？异步不阻塞？

这是一个很有趣的机制，再沿用超市的例子来说明：在只有一名结帐人员的情况下，已经很忙了，这时遇到了一名客人问说他要结帐的 X 牌洗发精是否有一整箱的，他想要买整箱的量，此时的结帐人员透过对讲机请仓库人员协助处理，於是先请他到旁边等待，并帮下一位客人结帐，等到整箱的洗发精来了之後，结帐人员就继续帮他结帐，这样的处理方式可以避免浪费过多的时间在等待。而 Event Loop 就是在处理这件事，透过 Event Queue 储存需要等待的异步行为并持续关注，等到该行为已经结束异步行为时，就会再把它继续处理完，这样的机制可以让在後方的行为不受等待所影响，形成永不阻塞的通道，正是所谓异步不阻塞。

这跟 Express 有何关系？

跟 Express 并没有直接关系，但绝对有间接关系，因为 Express 就是 node.js 的 Web 框架，而线程这件事又会影响到整体系统的效能，所以我认为这是蛮值得提的内容，试想今天是一个大型系统并且只用单线程在运行，资源根本没有用到最佳化，使用者也无法体验到最佳的系统效能，当流量上来的时候，客服电话也会着上来，不只系统会负荷不了，客服人员也会接到手酸！

该怎麽解决线程问题？

虽然 node.js 背後有 Event Loop 解决异步阻塞的问题，但终究是用单线程处理大多数的使用场景，当流量很大的时候仍然是个挑战。为了解决这个问题，node.js 推出了 丛集(Cluster) 功能。

丛集 (Cluster) 是什麽？

丛集可以实现多线程的功能，将程序分为 父程序(master) 与 子程序(worker)，他们之间的程序码是共享的，但记忆体空间并非共享的，简单来说就是：跑一个 node.js 的应用只能单线程，那我跑多个不就可以多线程了吗！透过 Cluster 可以使他们共享同一个 port，这样用起来就跟多线程没两样了！

丛集是很棒的功能，但我并不打算自己实作它，因为已经有造好的轮子可以使用，我们只需要了解这基本概念即可！

小结

有的时候要开发一个东西，先去了解这些工具背後的基本运作模式事实上是有帮助的，在知道如何运作之後，要去实作较有深度的功能时，会比较知道为什麽需要这麽做，比如说：使用 Cluster 开启多线程，就是为了解决 node.js 在大多数场景下只能以单线程来运行。我在最後有提到已经有造好的轮子可以实现 Cluster 所做的事情，这部分我就在下一篇进行说明吧！