如何理解 Node.js 不是完全的单线程的程序（浅析）
相信大家都知道 node 是一个单线程程序，使用了 Event Loop 可以做到多并发。可惜这是不完全正确的。
那么为什么说 Node.js 不是完全的单线程的程序呢？
Node.js 是单线程的程序*
所有我们自己写的 Javsacript，V8, event loop都跑在同一个线程里面，也就是 main thrad。
哎嗨，这不正说明 node 是单线程的吗？
但是也许你不知道 node 有很多模块背后都是 C++ code。
虽然 node 没有给使用者暴露控制 thread 的权限，但是 C++ 是可以使用多线程的。
那么什么时候 node 会使用多线程呢？
如果一个 node 方法，背后调用C++的同步方法，那么都是跑在 main thread 里面的。
如果一个 node 方法，背后调用C++的异步方法，有时候不是跑在 main thread 里面的。
Talk is cheap, show me the code.
同步方法，跑在 main thread 里面
这里 crypto 相关模块，很多是 C++ 写的。下面一段程序是计算hash的函数，一般用来存储密码。
import { pbkdf2Sync } from "crypto";
const startTime = Date.now();
let index = 0;
for (index = 0; index < 3; index++) {
pbkdf2Sync("secret", "salt", 100000, 64, "sha512");
const endTime = Date.now();
console.log(`${index} time, ${endTime - startTime}`);
}
const endTime = Date.now();
console.log(`in the end`);
输出的时间，
0 time, 44 1 time, 90 2 time, 134 in the end
可以看到每次大概都是花费~45ms，代码 main thread 上顺序执行。
注意最后的输出是谁？ 注意这里一次 hash 在我的 cpu 需要~45ms。
异步 pbkdf2 方法，不跑在 main thread 里面
import { cpus } from "os";
import { pbkdf2 } from "crypto";
console.log(cpus().length);
let startTime = console.time("time-main-end");
for (let index = 0; index < 4; index++) {
startTime = console.time(`time-${index}`);
pbkdf2("secret", `salt${index}`, 100000, 64, "sha512", (err, derivedKey) => {
if (err) throw err;
console.timeEnd(`time-${index}`);
});
}
console.timeEnd("time-main-end");
输出的时间，
time-main-end: 0.31ms time-2: 45.646ms time-0: 46.055ms time-3: 46.846ms time-1: 47.159ms
这里看到，main thread 早早结束，然而每次计算的时间都是45ms，要知道一个 cpu 计算 hash 的时间是45ms，这里 node 绝对使用了多个线程进行hash计算。
如果我这里把调用次数改成10次，那么时间如下，可以看到随着CPU核数的用完，时间也在增加。再一次证明node 绝对使用了多个线程进行hash计算。
time-main-end: 0.451ms time-1: 44.977ms time-2: 46.069ms time-3: 50.033ms time-0: 51.381ms time-5: 96.429ms // 注意这里，从第五次时间开始增加了 time-7: 101.61ms time-4: 113.535ms time-6: 121.429ms time-9: 151.035ms time-8: 152.585ms
虽然这里证明了，node绝对启用了多线程。但是有一点点小小的问题？我的电脑的CPU是AMD R5-5600U，有6个核心12线程啊。但是为什么时间是从第五次开始增加的呢，node没有完全利用我的CPU啊？
原因是什么呢？
Node 使用了预定义的线程池，这个线程池的大小默认是4.
export UV_THREADPOOL_SIZE=6
让我们在看一个例子，
HTTP request
import { request } from "https";
const options = {
hostname: "www.baidu.com",
port: 443,
path: "/img/PC_7ac6a6d319ba4ae29b38e5e4280e9122.png",
method: "GET",
};
let startTime = console.time(`main`);
for (let index = 0; index < 15; index++) {
startTime = console.time(`time-${index}`);
const req = request(options, (res) => {
console.log(`statusCode: ${res.statusCode}`);
console.timeEnd(`time-${index}`);
res.on("data", (d) => {
// process.stdout.write(d);
});
});
req.on("error", (error) => {
console.error(error);
});
req.end();
}
console.timeEnd("main");
main: 13.927ms time-2: 83.247ms time-4: 89.641ms time-3: 91.497ms time-12: 91.661ms time-5: 94.677ms ..... time-8: 134.026ms time-1: 143.906ms time-13: 140.914ms time-10: 144.088ms
这里主程序也早早结束了，这里我启动 http request 去下载15次图片，他们花费的时间并没有成倍增加，似乎不受限于线程池/cpu的影响。
为什么啊？？Node 到底有没有在使用线程池啊？
如果 Node 背后的 C++ 的异步方法，首先会尝试是否有内核异步支持，比如这里网络请是使用 epoll （Linux），如果内核没有提供异步方式，Node才会使用自己的线程池。。
所以 http 请求虽然是异步，不过是由内核实现的，等到内核完成后，会通知C++， C++会通知给 main thread 处理callback。
那么 Node 哪些异步方法会使用线程池呢？哪些不会呢？
-
原生 Kernal Async
- TCP/UDP server client
- Unix Domain Sockets (IPC)
- pipes
- dns.resolveXXX
- tty input(stdin etc)
- Unix signals
- Child process
-
Thread pool
- fs.*
- dns.lookup
- pipe (edge case)
这也是大部分 Node 优化的切入点。
但是这些怎么和最重要的 Event Loop 结合起来呢？
Event Loop
相信大家都对 Event loop 非常熟悉了。Event loop 好比一个分发员，
如果是遇到普通 javascript 程序或者是 callback，交给 V8 处理。
如果遇到同步方法后背是 C++ 写的，交给C++，跑在 main thread。
如果遇到异步方法后背是 C++ 写的，如果有内核异步支持，从main thread 交给内核处理。
如果是异步方法后背是 C++ 写的，如果没有内核异步支持，从 main thread 交给 thread pool。
thread pool 和内核有结果都会把结果返回 event loop，如果注册的有 javascript callback，就交给V8进行处理。
然后如此循环，直到没有东西可以处理。
所以 Node 不完全是单线程程序。
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