Node.js是单线程的还是多线程的？为什么？

你是否读过很多文章，试图弄明白 Node.js 究竟是单线程还是多线程？为什么有的文章说是单线程，有的说是多线程？我也有过同样的困惑，读了一篇又一篇的文章后，心中仍然充满疑惑，觉得这个概念仍然没有完全理解。本文旨在帮助你解开这个疑惑。

根据Node.js 文档，Node.js 应用程序使用事件循环运行。事件循环使得 Node.js 能够执行非阻塞 I/O 操作，并解释了 Node.js 如何实现异步执行。事件循环（也称为主线程）一次只能运行一个任务。也就是说，Node.js JavaScript 代码运行在单个线程上。

现在，你可能已经在其他文章中读到过一些要点，例如使用worker_threads来实现多线程，或者用于开发 Node.js 应用程序的编程语言使其变为单线程等等。我将介绍这些相关要点，但在继续之前，我将回顾一下单线程和多线程进程的概念。

什么是单线程进程

单线程进程是指按单一顺序执行程序指令。也就是说，如果一个应用程序有以下指令集：

• 说明 A
• 指令 B
• 指令 C

如果这组指令在单线程进程中执行，执行过程如下所示：

什么是多线程进程

多线程进程是指按多个顺序执行程序指令。因此，除非多个指令被分组到不同的序列中，否则指令无需等待即可执行。

为什么Node.js是单线程的？

现在你知道Node.js架构是单线程的。但是，为什么它是单线程的呢？我的第一个问题是，你理解事件循环的工作原理吗？如果不理解，我建议你阅读这篇文章。

为了简化操作，事件循环一次只运行一个进程。这意味着它一次只能执行一个函数，而由于函数可以包含多条指令，因此事件循环一次只能执行一条指令。

乍听之下，它似乎效率不高，性能欠佳。然而，事实恰恰相反，它的性能和可扩展性都优于其他多线程方案，例如 Java。

运行多线程解决方案需要利用系统的多个核心。然而，如果一个线程正在等待 I/O 响应，其他线程可能仍在运行。理论上，多线程似乎是最佳方案，但我们忽略了一点：即使其他线程可用，某个线程仍然可能被阻塞。

事件循环的妙处不在于将所有操作都放在单个线程中运行，而在于它可以“搁置”耗时的 I/O 操作，从而保证其他指令的执行。这就是为什么即使多个用户同时向 Node.js API 发送请求，我们也能获得快速响应的原因。

首先需要澄清的是，并不存在“同时发出多个请求”这种说法。表面上看起来好像同时运行了多个请求，但实际上，事件循环会根据请求到达的顺序，运行为每个请求定义的进程。为了便于理解，我们举个例子。假设我们有以下 API 端点：

• /getCars
• /更新车辆
• /更新驱动程序

请记住，请求并非同时发出。事件循环将按照以下顺序处理请求，假设这是请求的顺序：

• /getCars
• /更新车辆
• /更新驱动程序

事件循环会执行来自 `/getCars` 端点的第一条指令。之后，会有一个指令，即从 API 向数据库发出请求以获取车辆信息。这被视为一次 I/O 操作。此过程的执行时间可能很短，也可能很长。无论执行速度如何，事件循环都会触发此请求并将其“移出”，以避免阻塞线程执行其他指令。但是，一旦收到数据库的响应，事件循环就会恢复执行 `/getCars` 端点的指令集。

因此，当 /getCars 端点向数据库发出请求并等待响应时，/updateCar 端点会执行其指令集。如果 /updateCar 端点没有 I/O 操作，则会在 /getCars 端点返回响应之前返回响应。

类似地，如果 `/updateCar` 端点包含执行 I/O 操作的指令，事件循环会触发该指令，但不会阻塞线程执行其他指令。这样，线程既可以开始执行 `/updateDriver` 端点的指令集，也可以在收到数据库响应后恢复执行 `/getCars` 端点的指令集。这取决于事件队列中哪个事件先被添加进去。

仔细想想，Node.js 架构的主要优势并非在于其单线程特性，而在于它能够避免阻塞线程执行其他指令。这正是 Node.js 成为 API 开发理想选择的主要原因之一，因为 API 开发往往高度依赖 I/O 操作。事件循环机制能够智能地执行密集型 I/O 操作，并在 I/O 操作完成后恢复进程，而无需担心多线程解决方案可能带来的死锁或竞态条件等问题。因此，对于许多团队来说，使用 Node.js 是理所当然的选择。

不要阻塞事件循环（即主线程）

大多数解决方案都有其优缺点，Node.js 也不例外。我们知道 Node.js 使用事件循环（也就是主线程）运行，因此阻塞事件循环确实会阻止系统执行其他指令，无论这些指令属于单个进程还是多个不同的进程。

你不是说过事件循环“触发密集型操作并将其移到一边，一旦操作得到响应，就恢复该进程”吗？

是的。

然而，需要澄清的是，事件循环“恢复”I/O操作进程的能力并不意味着它可以绕过密集型CPU操作。I/O操作的优势在于利用外部CPU处理能力来执行进程。但是，如果我们的Node.js应用程序本身就占用了大量CPU处理能力来执行操作，那么在密集型指令执行完毕之前，我们就无法执行其他指令集。这被称为阻塞事件循环。

令人困惑的 JavaScript 和 Node.js 线程过程

不能因为 JavaScript 编程语言是单线程的就断言 Node.js 也是单线程的。这种说法并不正确。JavaScript 可以在不同的编程环境中运行，而 Node.js 是目前最流行的 JavaScript 环境之一。因此，认为 JavaScript 是单线程的是一种常见的误解。在讨论单线程或多线程时，我们应该关注的是编程环境的运行方式，而不是语言本身。

Node.js 中的工作线程怎么样？它能让 Node.js 成为多线程的吗？

虽然 v10.5.0 中实现了工作线程，允许使用线程并行执行 JavaScript，但 Node.js 事件循环架构是基于单线程的。

使用worker_threads创建多个线程的真正目的是生成多个共享内存的 V8 引擎。工作线程非常适合执行 CPU 密集型的 JavaScript 操作。这样可以将主线程的事件循环从 CPU 密集型进程中解放出来，使其能够专注于最适合的密集型 I/O 操作。

生成工作线程的开销并不会给 I/O 密集型任务带来积极影响，因为最终每个线程的机制都相同：每个线程一个事件循环，这与不使用工作线程并无区别。Node.js 内置的异步 I/O 操作比工作线程更高效。

也就是说，每个线程都将使用相同的 Node.js 架构，而该架构本身是单线程的。您可以通过生成多个节点或 Node.js V8 引擎来实现多线程，但这些节点或引擎本身都是单线程的。因此，说 Node.js 本身不是多线程的仍然是正确的。