在傳統(tǒng)程編程模里，I/O操作就像一個(gè)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(wú)法繼續(xù)運(yùn)行。堵塞I/O起源于早先的時(shí)間片模型，這種模型下每個(gè)進(jìn)程就像一個(gè)獨(dú)立的人，目的是將每個(gè)人區(qū)分開(kāi)，而且每個(gè)人在同一時(shí)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和Internet上被廣泛使用的“一個(gè)用戶，一個(gè)進(jìn)程”的模型伸縮性很差。管理多個(gè)進(jìn)程時(shí)，會(huì)耗費(fèi)很多內(nèi)存，上下文切換也會(huì)占用大量資源，這些對(duì)操作系統(tǒng)是個(gè)很大的負(fù)擔(dān)，而且隨著進(jìn)程數(shù)的遞增，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性能急劇衰減。

多線程是個(gè)替代方案，線程是一個(gè)輕量級(jí)的進(jìn)程，它會(huì)和同一個(gè)進(jìn)程內(nèi)的其它線程共享內(nèi)存，它更像傳統(tǒng)模型的擴(kuò)展，用來(lái)并發(fā)執(zhí)行多個(gè)線程，當(dāng)一個(gè)線程等待I/O操作時(shí)，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(huì)被喚醒。就是說(shuō)，一個(gè)運(yùn)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(yùn)行。

程序員并不知道線程會(huì)在什么具體時(shí)間運(yùn)行，他們必須很小心的處理共享內(nèi)存的并發(fā)訪問(wèn)，因此必須使用一些同步原語(yǔ)來(lái)同步訪問(wèn)某個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，比如使用鎖或信號(hào)量，以此來(lái)強(qiáng)制線程以特定的行為和計(jì)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(huì)出現(xiàn)一些隨機(jī)性很強(qiáng)，難以查找的奇怪問(wèn)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(shí)間交給其他線程使用，因?yàn)橛赡阌H自來(lái)控制線程的執(zhí)行計(jì)劃，因此減小了對(duì)同步的需求，但是也提高了程序的復(fù)雜度和出錯(cuò)的機(jī)會(huì)，而且并沒(méi)有避免多線程的那些問(wèn)題。

什么是事件驅(qū)動(dòng)編程

事件驅(qū)動(dòng)編程（Evnet-driven programming）是一種編程風(fēng)格，由事件來(lái)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(lái)處理，事件回調(diào)是當(dāng)某個(gè)特定事件發(fā)生時(shí)被調(diào)用的函數(shù)，比如數(shù)據(jù)庫(kù)返回了查詢結(jié)果或者用戶單擊了一個(gè)按鈕。

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

在事件驅(qū)動(dòng)模型里，這個(gè)查詢會(huì)變成這樣：

   首先你定義了一個(gè)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(gè)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(huì)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(shí)會(huì)調(diào)用你定義的函數(shù)，而不是簡(jiǎn)單的返回結(jié)果值，這種編程模型就叫事件驅(qū)動(dòng)編程或異步編程。這是Node一個(gè)最明顯的特性，這種編程模型意味著當(dāng)前進(jìn)程在執(zhí)行I/O操作時(shí)不會(huì)被阻塞，因此，多個(gè)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(huì)被調(diào)用。

事件驅(qū)動(dòng)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(cè)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(gè)結(jié)構(gòu)。在每次循環(huán)里，事件循環(huán)機(jī)制需要檢測(cè)發(fā)生了哪些事件，當(dāng)事件發(fā)生時(shí)，它找到對(duì)應(yīng)的回調(diào)函數(shù)并調(diào)用它。

事件循環(huán)只是運(yùn)行在進(jìn)程內(nèi)的一個(gè)線程，當(dāng)事件發(fā)生時(shí)，事件處理器可以單獨(dú)運(yùn)行并且不會(huì)被中斷，也就是說(shuō)：

1.在某個(gè)特定時(shí)刻最多有一個(gè)事件回調(diào)函數(shù)運(yùn)行
2.任何事件處理器運(yùn)行時(shí)都不會(huì)被中斷

有了這個(gè)，開(kāi)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(gè)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(dòng)編程是創(chuàng)建高并發(fā)服務(wù)最佳方式，因?yàn)樗挥帽４婧芏嗌舷挛?，因此?jié)省了大量?jī)?nèi)存，也沒(méi)有那么多上下文切換，又節(jié)省了大量執(zhí)行時(shí)間。

慢慢的，這種理念滲透到了其他的平臺(tái)和社區(qū)，出現(xiàn)了一些有名的事件循環(huán)實(shí)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(shí)現(xiàn)和語(yǔ)言。

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

Node最初就被設(shè)計(jì)成一個(gè)非阻塞I/O服務(wù)器平臺(tái)，因此一般情況下，你應(yīng)該期望運(yùn)行在它上面的所有代碼都是非阻塞的。因?yàn)镴avaScript非常小，而且它不強(qiáng)制使用任何I/O模型（因?yàn)樗鼪](méi)有標(biāo)準(zhǔn)的I/O類庫(kù)），因此Node建立在一個(gè)很純凈的環(huán)境里，不會(huì)有什么歷史遺留問(wèn)題。

Node和JavaScript如何簡(jiǎn)化了異步應(yīng)用程序

Node的作者Ryan Dahl，最初使用C來(lái)開(kāi)發(fā)這個(gè)項(xiàng)目，但是發(fā)現(xiàn)維護(hù)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(gè)幾個(gè)阻塞的I/O類庫(kù)，阻塞和非阻塞混在一起可能會(huì)讓開(kāi)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(jí)對(duì)象的函數(shù)，這些特性使JavaScript非常適合用作事件驅(qū)動(dòng)編程。JavaScript的魔力是讓Node如此流行的一個(gè)主要原因。

什么是閉包

閉包可以理解為一個(gè)特殊的函數(shù)，但是它可以繼承并訪問(wèn)它自身被定義的那個(gè)作用域里的變量。當(dāng)你將一個(gè)回調(diào)函數(shù)作為參數(shù)傳遞給另外一個(gè)函數(shù)時(shí)，它稍候會(huì)被調(diào)用，神奇的是，這個(gè)回調(diào)函數(shù)被稍候調(diào)用時(shí)，它居然記住了它自身定義所在的那個(gè)上下文以及父上下文里的變量，而且還可以正常訪問(wèn)它們。這個(gè)強(qiáng)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(tīng)一個(gè)按鈕的單機(jī)事件，你可以這樣做：

使用jQuery時(shí)是這樣：

JavaScript里，函數(shù)是第一類對(duì)象，就是說(shuō)你可以把函數(shù)當(dāng)作參數(shù)來(lái)傳遞給其他函數(shù)。上面的兩個(gè)例子，前者把一個(gè)函數(shù)賦值給另一個(gè)函數(shù)，后者把函數(shù)作為參數(shù)傳遞給另一個(gè)函數(shù)，單擊事件的處理函數(shù)（回調(diào)函數(shù)）可以訪問(wèn)函數(shù)定義所在代碼塊下的每個(gè)變量，在這個(gè)例子里，它可以訪問(wèn)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(diǎn)擊按鈕的次數(shù)，通常在全局作用域下存儲(chǔ)變量是個(gè)壞習(xí)慣，因?yàn)槟菢雍苋菀赘渌a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(shí)候，只用把代碼用一個(gè)函數(shù)包裝起來(lái)，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：

  注意：上面代碼的第七行，定義了一個(gè)函數(shù)后立刻調(diào)用它，這是JavaScript里一個(gè)常見(jiàn)的設(shè)計(jì)模式：通過(guò)創(chuàng)建函數(shù)來(lái)創(chuàng)建一個(gè)新的作用域。

閉包如何幫助異步編程

在事件驅(qū)動(dòng)編程模型里，先編寫(xiě)事件發(fā)生后將要運(yùn)行的代碼，然后把這些代碼放到一個(gè)函數(shù)里，最后把這個(gè)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(gè)函數(shù)并不是個(gè)孤立的定義，它同時(shí)會(huì)記住自己被聲明的那個(gè)作用域的上下文，這種機(jī)制讓JavaScript的函數(shù)可以訪問(wèn)函數(shù)定義所在那個(gè)上下文及父上下文里的所有變量。

當(dāng)你把一個(gè)回調(diào)函數(shù)當(dāng)作參數(shù)傳遞給調(diào)用者后，這個(gè)函數(shù)就會(huì)在稍后的某個(gè)時(shí)刻被調(diào)用。即使定義回調(diào)函數(shù)的那個(gè)作用域已經(jīng)結(jié)束，在回調(diào)函數(shù)被調(diào)用時(shí)，它依然能夠訪問(wèn)這個(gè)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(gè)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(wèn)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(gè)函數(shù)就可以讓你不用維護(hù)狀態(tài)就能進(jìn)行事件驅(qū)動(dòng)編程，JavaScript的閉包機(jī)制會(huì)幫你維護(hù)它們。

小結(jié)

事件驅(qū)動(dòng)編程是一種通過(guò)事件觸發(fā)來(lái)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(cè)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(shí)調(diào)用已注冊(cè)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(shì)，以前要實(shí)現(xiàn)類似的特性，就必須使用多進(jìn)程/多線程才行。

JavaScript是種強(qiáng)大的語(yǔ)言，因?yàn)樗牡谝活愋蛯?duì)象的函數(shù)和閉包特性，讓它很適合事件驅(qū)動(dòng)編程。

最新評(píng)論