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Nodejs优缺点,使用场景

2020-01-22  instl

一. NodeJS的特点

我们先来看看NodeJS官网上的介绍:

Node.js is a platform built on Chrome’s JavaScript runtime for easily building fast, scalable network applications. Node.js uses an event-driven, non-blocking I/O model that makes it lightweight and efficient, perfect for data-intensive real-time applications that run across distributed devices.

其特点为:

  1. 它是一个Javascript运行环境

  2. 依赖于Chrome V8引擎进行代码解释

  3. 事件驱动

  4. 非阻塞I/O

  5. 轻量、可伸缩,适于实时数据交互应用

  6. 单进程,单线程

二. NodeJS带来的对系统瓶颈的解决方案

它的出现确实能为我们解决现实当中系统瓶颈提供了新的思路和方案,下面我们看看它能解决什么问题。

  1. 并发连接

举个例子,想象一个场景,我们在银行排队办理业务,我们看看下面两个模型。

(1)系统线程模型:

系统线程模型

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)到达只能处理一个,其余的要先等待,这就是阻塞,正在享受服务的请求阻塞后面的请求了。

(2)多线程、线程池模型:

多线程、线程池模型

这个模型已经比上一个有所进步,它调节服务端线程的数量来提高对并发请求的接收和响应,但并发量高的时候,请求仍然需要等待,它有个更严重的问题。到代码层面上来讲,我们看看客户端请求与服务端通讯的过程:

客户端请求与服务端通讯的过程

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,维护一个连接可能需要20M的内存。这就是为什么一般并发量一大,就需要多开服务器。

那么NodeJS是怎么解决这个问题的呢?我们来看另外一个模型,想象一下我们在快餐店点餐吃饭的场景。

(3)异步、事件驱动模型

异步、事件驱动模型

我们同样是要发起请求,等待服务器端响应;但是与银行例子不同的是,这次我们点完餐后拿到了一个号码,拿到号码,我们往往会在位置上等待,而在我们后面的请求会继续得到处理,同样是拿了一个号码然后到一旁等待,接待员能一直进行处理。

等到饭菜做号了,会喊号码,我们拿到了自己的饭菜,进行后续的处理(吃饭)。这个喊号码的动作在NodeJS中叫做回调(Callback),能在事件(烧菜,I/O)处理完成后继续执行后面的逻辑(吃饭),这体现了NodeJS的显著特点,异步机制、事件驱动整个过程没有阻塞新用户的连接(点餐),也不需要维护已经点餐的用户与厨师的连接。

基于这样的机制,理论上陆续有用户请求连接,NodeJS都可以进行响应,因此NodeJS能支持比Java、PHP程序更高的并发量虽然维护事件队列也需要成本,再由于NodeJS是单线程,事件队列越长,得到响应的时间就越长,并发量上去还是会力不从心。

总结一下NodeJS是怎么解决并发连接这个问题的:更改连接到服务器的方式,每个连接发射(emit)一个在NodeJS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)。

  1. I/O阻塞

NodeJS解决的另外一个问题是I/O阻塞,看看这样的业务场景: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I/O阻塞-PHP为例

假如获取profile和timeline操作各需要1S,那么串行获取就需要2S。

(2)NodeJS非阻塞I/O,发射/监听事件来控制执行过程

非I/O阻塞-PHP为例

NodeJS遇到I/O事件会创建一个线程去执行,然后主线程会继续往下执行的,因此,拿profile的动作触发一个I/O事件,马上就会执行拿timeline的动作,两个动作并行执行,假如各需要1S,那么总的时间也就是1S。它们的I/O操作执行完成后,发射一个事件,profile和timeline,事件代理接收后继续往下执行后面的逻辑,这就是NodeJS非阻塞I/O的特点。

总结一下:Java、PHP也有办法实现并行请求(子线程),但NodeJS通过回调函数(Callback)和异步机制会做得很自然。

三. NodeJS的优缺点

优点:1. 高并发(最重要的优点)

  1. 适合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;

解决方案:分解大型运算任务为多个小任务,使得运算能够适时释放,不阻塞I/O调用的发起;

  1. 只支持单核CPU,不能充分利用CPU

  2. 可靠性低,一旦代码某个环节崩溃,整个系统都崩溃

原因:单进程,单线程

解决方案:(1)Nnigx反向代理,负载均衡,开多个进程,绑定多个端口;

(2)开多个进程监听同一个端口,使用cluster模块;

  1. 开源组件库质量参差不齐,更新快,向下不兼容

  2. Debug不方便,错误没有stack trace

四. 适合NodeJS的场景

  1. RESTful API

这是NodeJS最理想的应用场景,可以处理数万条连接,本身没有太多的逻辑,只需要请求API,组织数据进行返回即可。它本质上只是从某个数据库中查找一些值并将它们组成一个响应。由于响应是少量文本,入站请求也是少量的文本,因此流量不高,一台机器甚至也可以处理最繁忙的公司的API需求。

  1. 统一Web应用的UI层

目前MVC的架构,在某种意义上来说,Web开发有两个UI层,一个是在浏览器里面我们最终看到的,另一个在server端,负责生成和拼接页面。

不讨论这种架构是好是坏,但是有另外一种实践,面向服务的架构,更好的做前后端的依赖分离。如果所有的关键业务逻辑都封装成REST调用,就意味着在上层只需要考虑如何用这些REST接口构建具体的应用。那些后端程序员们根本不操心具体数据是如何从一个页面传递到另一个页面的,他们也不用管用户数据更新是通过Ajax异步获取的还是通过刷新页面。

  1. 大量Ajax请求的应用

例如个性化应用,每个用户看到的页面都不一样,缓存失效,需要在页面加载的时候发起Ajax请求,NodeJS能响应大量的并发请求。  总而言之,NodeJS适合运用在高并发、I/O密集、少量业务逻辑的场景。

五. 结尾

其实NodeJS能实现几乎一切的应用,我们考虑的点只是适不适合用它来做。

NodeJs的优势:现在的很多的服务器端的语言(PHP,JAVA,ASP.net),有什么问题呢,现在的服务器端的语言在用户访问服务器时,为每个用户链接创建了一个线程,但每个线程大约要耗费2M的内存,如果一个8G内存的服务器,也就能链接4000个左右的用户,如果用户的链接数较大,就必须增加服务器的数量,而且现在用户的链接方式有很多(如app,网页同时访问),这就又涉及到服务器共享的问题,所以服务器怎么支持最大的同时链接用户量就成了一个问题;NodeJS修改了客户端到服务器端的链接方法,解决了这个问题,他不在为每个客户端创建一个新的线程,而是为每个客户端链接出发一个NodeJs内部进行处理的事件,所以NodeJS具备同时处理多达几万个用户的客户端链接的能力;NodeJS适合开发的应用程序:当应用程序需要处理大量并发的输入/输出,而在向客户端发出响应之前,应用程序内部并不需要进行非常复杂的处理的时候,我们应该考虑使用NodeJs来进行应用程序的开发,例如:1、聊天服务器:如果聊天的人很多,用户的与服务器之间的并发链接量很大,但是服务器端的数据处理并不复杂;2、综合类服务网站和电子商务网站的服务器:在这类网站中的服务器端,往往可能每秒存内可以接受多达上千条的数据并且需要将这些数据写入数据库中,NodeJs可以通过其队列机制将这些数据迅速写入缓存区中,然后再通过每一个单独的处理从缓存区中取出这些数据并将其写入数据库中,如果是其他的服务器(如Apache服务器或Tomcat服务器)的话,由于这些服务器采用的是阻塞型I/O机制,因此每条数据写入到数据库中都要等待一段时间(等上一条写完,才能写下一条),但是NodeJs使用的是非阻塞的I/O机制,因此可以实现这些数据到数据库中的写入,而不必再为每条数据的写入而等待一段时间

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