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Node.js中的事件驅(qū)動編程詳解

更新時間：2014年08月16日 12:04:06 作者：Jack Yao

這篇文章主要介紹了Node.js中的事件驅(qū)動編程詳解,本文主要講解理論性知識,如什么是事件驅(qū)動編程、什么是閉包、閉包如何幫助異步編程等知識,需要的朋友可以參考下

在傳統(tǒng)程編程模里，I/O操作就像一個普通的本地函數(shù)調(diào)用：在函數(shù)執(zhí)行完之前程序被堵塞，無法繼續(xù)運行。堵塞I/O起源于早先的時間片模型，這種模型下每個進程就像一個獨立的人，目的是將每個人區(qū)分開，而且每個人在同一時刻通常只能做一件事，必須等待前面的事做完才能決定下一件事做什么。但是這種在計算機網(wǎng)絡(luò)和Internet上被廣泛使用的“一個用戶，一個進程”的模型伸縮性很差。管理多個進程時，會耗費很多內(nèi)存，上下文切換也會占用大量資源，這些對操作系統(tǒng)是個很大的負(fù)擔(dān)，而且隨著進程數(shù)的遞增，會導(dǎo)致系統(tǒng)性能急劇衰減。

多線程是個替代方案，線程是一個輕量級的進程，它會和同一個進程內(nèi)的其它線程共享內(nèi)存，它更像傳統(tǒng)模型的擴展，用來并發(fā)執(zhí)行多個線程，當(dāng)一個線程等待I/O操作時，其它線程可以接管CPU，當(dāng)I/O操作完成，前面等待的線程會被喚醒。就是說，一個運行中的線程可以被中斷，然后稍候再被恢復(fù)。此外，在一些系統(tǒng)下線程可以在多核CPU的不同核心下并行運行。

程序員并不知道線程會在什么具體時間運行，他們必須很小心的處理共享內(nèi)存的并發(fā)訪問，因此必須使用一些同步原語來同步訪問某個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，比如使用鎖或信號量，以此來強制線程以特定的行為和計劃執(zhí)行。那些大量依賴線程間的共享狀態(tài)的應(yīng)用程序，很容易就會出現(xiàn)一些隨機性很強，難以查找的奇怪問題。

還有一種方式是使用多線程協(xié)作，由你自己負(fù)責(zé)顯式的釋放CPU，并把CPU時間交給其他線程使用，因為由你親自來控制線程的執(zhí)行計劃，因此減小了對同步的需求，但是也提高了程序的復(fù)雜度和出錯的機會，而且并沒有避免多線程的那些問題。

什么是事件驅(qū)動編程

事件驅(qū)動編程（Evnet-driven programming）是一種編程風(fēng)格，由事件來決定程序的執(zhí)行流程，事件由事件處理器（event handler）或事件回調(diào)（event callback）來處理，事件回調(diào)是當(dāng)某個特定事件發(fā)生時被調(diào)用的函數(shù)，比如數(shù)據(jù)庫返回了查詢結(jié)果或者用戶單擊了一個按鈕。

回想下，在傳統(tǒng)的堵塞I/O編程模式里，數(shù)據(jù)庫查詢可能像這樣：

復(fù)制代碼代碼如下:

result = query('SELECT * FROM posts WHERE id = 1');

do_something_with(result);

上面的query函數(shù)會讓當(dāng)前線程或進程一直處于等待狀態(tài)，直到底層數(shù)據(jù)庫完成查詢操作并返回。

在事件驅(qū)動模型里，這個查詢會變成這樣：

復(fù)制代碼代碼如下:

query_finished = function(result) {

do_something_with(result);

}

query('SELECT * FROM posts WHERE id = 1', query_finished);

首先你定義了一個叫query_finished的函數(shù)，它包含了查詢完成后要做的事。然后把這個函數(shù)當(dāng)做參數(shù)傳遞給query函數(shù)，當(dāng)query執(zhí)行完畢會調(diào)用query_finished，而不是僅僅返回查詢結(jié)果。

當(dāng)你感興趣的事件發(fā)生時會調(diào)用你定義的函數(shù)，而不是簡單的返回結(jié)果值，這種編程模型就叫事件驅(qū)動編程或異步編程。這是Node一個最明顯的特性，這種編程模型意味著當(dāng)前進程在執(zhí)行I/O操作時不會被阻塞，因此，多個I/O操作可以并行執(zhí)行，當(dāng)操作完成后相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)就會被調(diào)用。

事件驅(qū)動編程底層依賴于事件循環(huán)（event loop），事件循環(huán)基本上是事件檢測和事件處理器觸發(fā)這兩種函數(shù)不斷循環(huán)調(diào)用的一個結(jié)構(gòu)。在每次循環(huán)里，事件循環(huán)機制需要檢測發(fā)生了哪些事件，當(dāng)事件發(fā)生時，它找到對應(yīng)的回調(diào)函數(shù)并調(diào)用它。

事件循環(huán)只是運行在進程內(nèi)的一個線程，當(dāng)事件發(fā)生時，事件處理器可以單獨運行并且不會被中斷，也就是說：

1.在某個特定時刻最多有一個事件回調(diào)函數(shù)運行
2.任何事件處理器運行時都不會被中斷

有了這個，開發(fā)人員就可以不再為線程同步和并發(fā)修改共享內(nèi)存這些事頭疼了。

一個眾所周知的秘密：

很久以前，系統(tǒng)編程社區(qū)的人們就知道事件驅(qū)動編程是創(chuàng)建高并發(fā)服務(wù)最佳方式，因為它不用保存很多上下文，因此節(jié)省了大量內(nèi)存，也沒有那么多上下文切換，又節(jié)省了大量執(zhí)行時間。

慢慢的，這種理念滲透到了其他的平臺和社區(qū)，出現(xiàn)了一些有名的事件循環(huán)實現(xiàn)，比如Ruby的Event machine,Perl的AnyEvnet,以及Python的Twisted，除了這些還有很多其它的實現(xiàn)和語言。

用這些框架做開發(fā)，需要學(xué)習(xí)框架相關(guān)的特定知識以及框架特定的類庫，比如，使用Event Machine時，為了享受非阻塞帶來的好處，你得避免使用同步類庫，只能用Event Machine的異步類庫。如果你使用了任何阻塞類庫（比如Ruby的大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)庫），你的服務(wù)器就失去了最佳的伸縮性，因為事件循環(huán)依然會不斷地被阻塞，時不時地阻礙了I/O事件的處理。

Node最初就被設(shè)計成一個非阻塞I/O服務(wù)器平臺，因此一般情況下，你應(yīng)該期望運行在它上面的所有代碼都是非阻塞的。因為JavaScript非常小，而且它不強制使用任何I/O模型（因為它沒有標(biāo)準(zhǔn)的I/O類庫），因此Node建立在一個很純凈的環(huán)境里，不會有什么歷史遺留問題。

Node和JavaScript如何簡化了異步應(yīng)用程序

Node的作者Ryan Dahl，最初使用C來開發(fā)這個項目，但是發(fā)現(xiàn)維護函數(shù)調(diào)用的上下文太復(fù)雜，導(dǎo)致代碼復(fù)雜度很高。然后他轉(zhuǎn)用Lua，但是Lua已經(jīng)有個幾個阻塞的I/O類庫，阻塞和非阻塞混在一起可能會讓開發(fā)人員很迷惑并因此阻礙了很多人構(gòu)建可伸縮的應(yīng)用，于是Lua也被Dahl拋棄了。最后他轉(zhuǎn)向了JavaScript，JavaScript中的閉包及第一級對象的函數(shù)，這些特性使JavaScript非常適合用作事件驅(qū)動編程。JavaScript的魔力是讓Node如此流行的一個主要原因。

什么是閉包

閉包可以理解為一個特殊的函數(shù)，但是它可以繼承并訪問它自身被定義的那個作用域里的變量。當(dāng)你將一個回調(diào)函數(shù)作為參數(shù)傳遞給另外一個函數(shù)時，它稍候會被調(diào)用，神奇的是，這個回調(diào)函數(shù)被稍候調(diào)用時，它居然記住了它自身定義所在的那個上下文以及父上下文里的變量，而且還可以正常訪問它們。這個強大的特性是Node成功的核心。

下面的例子將展示在Web瀏覽器里JavaScript閉包是如何工作的。假如，你要監(jiān)聽一個按鈕的單機事件，你可以這樣做：

復(fù)制代碼代碼如下:

var clickCount = 0;

document.getElementById('myButton').onclick = function() {

clickCount += 1;

alert("clicked " + clickCount + " times.");

};

使用jQuery時是這樣：

復(fù)制代碼代碼如下:

var clickCount = 0;

$('button#mybutton').click(function() {

clickedCount ++;

alert('Clicked ' + clickCount + ' times.');

});

JavaScript里，函數(shù)是第一類對象，就是說你可以把函數(shù)當(dāng)作參數(shù)來傳遞給其他函數(shù)。上面的兩個例子，前者把一個函數(shù)賦值給另一個函數(shù)，后者把函數(shù)作為參數(shù)傳遞給另一個函數(shù)，單擊事件的處理函數(shù)（回調(diào)函數(shù)）可以訪問函數(shù)定義所在代碼塊下的每個變量，在這個例子里，它可以訪問在它父閉包內(nèi)定義的clickCount變量。

clickCount變量處在全局作用域（JavaScript里最外層的作用域），它保存了用戶點擊按鈕的次數(shù)，通常在全局作用域下存儲變量是個壞習(xí)慣，因為那樣很容易跟其他代碼沖突，你應(yīng)該把變量放在使用它們的本地作用域里。大多時候，只用把代碼用一個函數(shù)包裝起來，等于另外創(chuàng)建了閉包，這樣就可以很容易避免污染全局環(huán)境，就像這樣：

復(fù)制代碼代碼如下:

(function() {

var clickCount = 0;

$('button#mybutton').click(function() {

clickCount ++;

alert('Clicked ' + clickCount + ' times.');

});

}());

注意：上面代碼的第七行，定義了一個函數(shù)后立刻調(diào)用它，這是JavaScript里一個常見的設(shè)計模式：通過創(chuàng)建函數(shù)來創(chuàng)建一個新的作用域。

閉包如何幫助異步編程

在事件驅(qū)動編程模型里，先編寫事件發(fā)生后將要運行的代碼，然后把這些代碼放到一個函數(shù)里，最后把這個函數(shù)當(dāng)作參數(shù)傳遞給調(diào)用者，稍后由調(diào)用者函數(shù)調(diào)用。

在JavaScript里，一個函數(shù)并不是個孤立的定義，它同時會記住自己被聲明的那個作用域的上下文，這種機制讓JavaScript的函數(shù)可以訪問函數(shù)定義所在那個上下文及父上下文里的所有變量。

當(dāng)你把一個回調(diào)函數(shù)當(dāng)作參數(shù)傳遞給調(diào)用者后，這個函數(shù)就會在稍后的某個時刻被調(diào)用。即使定義回調(diào)函數(shù)的那個作用域已經(jīng)結(jié)束，在回調(diào)函數(shù)被調(diào)用時，它依然能夠訪問這個已結(jié)束的作用域及其父作用域里的所有變量。像最后那個例子，回調(diào)函數(shù)在jQuery的click()內(nèi)部被調(diào)用，它卻依然能訪問clickCount變量。

前面展現(xiàn)了閉包的神奇之處，把狀態(tài)變量傳遞給一個函數(shù)就可以讓你不用維護狀態(tài)就能進行事件驅(qū)動編程，JavaScript的閉包機制會幫你維護它們。

小結(jié)

事件驅(qū)動編程是一種通過事件觸發(fā)來決定程序執(zhí)行流程的編程模型。程序員為他們感興趣的事件注冊回調(diào)函數(shù)（通常被稱作事件處理器），然后系統(tǒng)在事件發(fā)生時調(diào)用已注冊的事件處理器。這種編程模型有很多傳統(tǒng)阻塞編程模型所不具備的優(yōu)勢，以前要實現(xiàn)類似的特性，就必須使用多進程/多線程才行。

JavaScript是種強大的語言，因為它的第一類型對象的函數(shù)和閉包特性，讓它很適合事件驅(qū)動編程。

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