如果成真的话，以后开发Web应用就只需要一种语言了。

什么是Node.js

2009年年末，Ryan Dahl在柏林的一个JavaScript大会上宣布了一项名为Node.js的新技术。出乎所有人意料，这项关于JavaScript的技术居然不是运行在浏览器端的，要知道浏览器端对于JavaScript来说是拥有霸主地位的，毋庸置疑。

这项技术是关于在服务端运行JavaScript的。当时，这简单的一句描述，瞬间让听众眼前一亮，同时也宣告了这项技术的发布大获成功。

刚开始听到Node.js这个名字，你可能会以为它是一个JavaScript应用或者库。事实上，Node.js采用C++语言编写而成，是一个Javascript的运行环境。为什么采用C++语言呢？据Node.js创始人Ryan Dahl回忆，他最初希望采用Ruby来写Node.js，但是后来发现Ruby虚拟机的性能不能满足他的要求，后来他尝试采用Chorme的V8引擎（Google的Chrome浏览器使用的JavaScript执行环境），所以选择了C++语言。Node.js对Google V8引擎进行了封装。V8引擎执行JavaScript的速度非常快，性能非常好。同时还提供了很多系统级的API，如文件操作、网络编程等。浏览器端的Javascript代码在运行时会受到各种安全性的限制，对客户系统的操作有限。相比之下，Node.js则是一个全面的后台运行时，为JavaScript提供了其他语言能够实现的许多功能。

Node.js采用事件驱动、非阻塞I/O模型而得以轻量和高效，One More Thing,Node.js以单进程、单线程、高并发的方式运行。故而，Node.js可用于方便地搭建响应速度快、易于扩展的网络应用。非常适合在分布式设备上运行数据密集型的实时应用。

事件驱动

在浏览器中，事件作为一个极为重要的机制，给予JavaScript响应用户操作与DOM变化的能力；在Node.js中，事件驱动模型则是其高并发能力的基础。

程序如何响应事件

程序响应外部的事件有如下两种方式：

• 中断

操作系统处理键盘等硬件输入就是通过中断来进行的，这个方式的好处是即使没有多线程，我们也可以放心地执行我们的代码，CPU收到中断信号之后自动地转去执行相应的中断处理程序，处理完成后会恢复原来的代码的执行环境继续执行。这种方式需要硬件的支持，一般来说都会被操作系统封装起来。

• 轮询

循环检测是否有事件发生，如果有就去执行相应的处理程序。这在底层和上层的开发中都有应用。

消息循环不断检测是否有消息（用户的UI操作、系统消息等）出现，有的话就分发消息，调用相应的回调函数进行处理。 轮询方式的一个缺点就是：如果在主线程的消息循环里进行耗时操作，程序就无法及时响应新的消息。这在JavaScript中表现明显。

然而JavaScript中并没有类似消息循环代码，我们只是简单地注册事件，然后等待被调用。这是因为浏览器、Node作为执行平台，已经将event loop实现了，JavaScript代码不需要介入到这个过程中，只需要作为被调用者安静地等待即可。

并发连接

Node.js在解决并发连接的问题时为我们提供了新的思路，我们先来看一个传统的解决方案。

这里我们引入一个例子，想象一下我们在银行排队办理业务的场景。

1. 系统线程模型

只有一个业务员，用户排队办理业务，业务员一次处理一个用户，无法接待下一个用户，除非业务办理完成。基于系统线程模型（Thread-Based）。

这种模型的问题显而易见，服务端只有一个线程，并发请求（用户）到达时只能处理一个，其他的请求要排队等待，从而产生阻塞，正在享受服务的请求阻塞后面等待的请求。

2. 多线程——线程池模型

有多个业务员处理业务，每个业务员依然只能同时处理一个用户，其余的排队等待。在高并发时仍然需要排队等待。这是基于多线程模型（Multi-Thread）。

这个模型比上一个有很大进步，它通过增加服务端线程的数量来提高对并发请求的接收和响应，但在高并发的业务场景下，请求仍然需要等待，同时，它还有一个严重的问题：

服务端与客户端每建立一个连接，都要为这个连接分配一套配套的资源，主要体现为系统内存资源，以PHP为例，维护一个连接大约需要20M的内存，所以，并发量一大，就需要多开服务器。

下面来看一下Node.js的解决方案。

- 异步、事件驱动模型

还是银行办理业务的场景，用户依然需要排队（发起请求），等待响应，但是这次我们是先拿到一个排队号码。拿到号码后我们会找个位置坐下，而在我们后面的用户（请求）会继续得到处理，同样是拿到一个号码到一边等待，业务员能一直进行处理。每当业务员处理完前一个业务时，会依次喊号码，这次被喊到号码的开始办理业务，进行处理请求。

在这个模型里，喊号码的动作在Node.js里叫做回调函数（Callback），能在事件I/O（前面一个业务）处理完成后继续执行后面的逻辑（下一个业务）。

这体现了Node.js的特性：异步机制、事件驱动。

在业务过程中，没有阻塞新用户的连接（拿号码），也不需要维护拿到号码的用户与业务员的连接。

基于这样的机制，理论上陆续有用户请求连接，Node.js都可以进行响应，因此Node.js能支持比Java、PHP程序更高的并发量。

Node.js的设计思想中以事件驱动为核心，它提供的绝大多数API都是基于事件的、异步的风格。以Net模块为例，其中的net.Socket对象就有以下事件：connect、data、end、timeout、drain、error、close等，使用Node.js的开发者需要根据自己的业务逻辑注册相应的回调函数。这些回调函数都是异步执行的，这意味着虽然在代码结构中，这些函数看似是依次注册的，但是它们并不依赖于自身出现的顺序，而是等待相应的事件触发。事件驱动、异步编程的设计，重要的优势在于，充分利用了系统资源，执行代码无须阻塞等待某种操作完成，有限的资源可以用于其他的任务。此类设计非常适合于后端的网络服务编程，Node.js的目标也在于此。在服务器开发中，并发的请求处理是个大问题，阻塞式的函数会导致资源浪费和时间延迟。通过事件注册、异步函数，开发人员可以提高资源的利用率，性能也会改善。

事件驱动机制是Node.js通过内部单线程高效率地维护事件循环队列来实现的，没有多线程的资源占用和上下文切换，这意味着面对大规模的http请求，Node.js凭借事件驱动搞定一切。

虽然维护事件队列也需要成本，但由于Node.js是单线程，事件队列越长，得到响应的时间就越长，当并发量达到一定上限还是会力不从心。

总结一下Node.js解决并发连接的思路：

更改连接到服务器的方式，每个连接发射（emit）一个在Node.js引擎进程中运行的事件（Event），放进事件队列当中，而不是为每个连接生成一个新的OS线程，并为其分配一些配套内存。

I/O阻塞

Node.js解决的另外一个问题是I/O阻塞，假设这样一个业务场景：需要从多个数据源拉取数据，然后进行处理。

1. 串行获取数据，这是我们一般的解决方案，以PHP为例

``` php

//Get the Profile

$profile=$userProfileModel->getProfile($_userid);

//Get the Timeline

$timeline=$userTimelineModel->getTimeline($_userid);

//ToDo

//....

echo $return

```

从上面的代码中可以看出，假如获取profile和timeline的操作各需要1s，那么串行获取就需要2s。

2. Node.js的非阻塞I/O，通过发射/监听事件来控制执行过程

``` js

var proxy=new EventProxy();

proxy.all("profile","timeline",function(profile,timeline){

//ToDo

});

api.getUser("username",function(profile){

proxy.emit("profile",profile);

});

api.getTimeline("username",function(timeline){

proxy.emit("timeline",timeline);

});

```

Node.js遇到I/O事件时会创建一个线程去执行，然后主线程会继续向下执行。因此，获取profile的动作触发一个I/O事件，马上会执行获取timeline的动作。两个动作并发执行，假如各需要1s，那么总的时间也是1s，它们的I/O事件执行完毕后，发射一个事件：profile和timeline，事件代理接收后继续执行后面的逻辑，这就是Node.js的非阻塞I/O的特性。

Node.js所有请求以及同时传入的回调函数均发送至同一线程，该线程通常叫做 Event loop 线程，该线程负责在 I/O 执行完毕后，将结果返回给回调函数。这里要注意的是 I/O 操作本身并不在该线程内执行，所以不会阻塞后续请求。

Node.js从推出至今，充满赞美和饱受诟病的都是其单线程模型，所有的任务都在一个线程中完成（I/O等例外），优势的地方自然是免去了频繁切换线程的开销，以及减少资源互抢的问题等等。

Node.js使用单线程执行，客户发起 I/O 请求的同时传入一个函数，该函数会在 I/O 结果返回后被自动调用，而且该请求不会阻塞后续操作。

总结下，Java和PHP通过子线程的方式实现并行请求，Node.js通过回调函数（Callback）和异步机制实现并行请求。

Node.js优缺点

- 优点

1. 高并发

2. I/O密集型应用

- 缺点

1. 不适合CPU密集型应用

CPU密集型应用给Node.js带来的挑战主要是：由于JavaScript单线程的原因，如果有长时间运行的计算（比如大循环），将会导致CPU时间片不能释放，使得后续I/O无法发起；