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（四）Node.js的事件機(jī)制
專欄的第四篇文章《Node.js的事件機(jī)制》。之前介紹了Node.js的模塊機(jī)制，本文將深入Node.js的事件部分。
Node.js的事件機(jī)制
Node.js在其Github代碼倉(cāng)庫(kù)（https://github.com/joyent/node）上有著一句短短的介紹：Evented I/O for V8 JavaScript。這句近似廣告語(yǔ)的句子卻道盡了Node.js自身的特色所在：基于V8引擎實(shí)現(xiàn)的事件驅(qū)動(dòng)IO。在本文的這部分內(nèi)容中，我來(lái)揭開(kāi)這Evented這個(gè)關(guān)鍵詞的一切奧秘吧。
Node.js能夠在眾多的后端JavaScript技術(shù)之中脫穎而出，正是因其基于事件的特點(diǎn)而受到歡迎。拿Rhino來(lái)做比較，可以看出Rhino引擎支持的后端JavaScript擺脫不掉其他語(yǔ)言同步執(zhí)行的影響，導(dǎo)致JavaScript在后端編程與前端編程之間有著十分顯著的差別，在編程模型上無(wú)法形成統(tǒng)一。在前端編程中，事件的應(yīng)用十分廣泛，DOM上的各種事件。在Ajax大規(guī)模應(yīng)用之后，異步請(qǐng)求更得到廣泛的認(rèn)同，而Ajax亦是基于事件機(jī)制的。在Rhino中，文件讀取等操作，均是同步操作進(jìn)行的。在這類單線程的編程模型下，如果采用同步機(jī)制，無(wú)法與PHP之類的服務(wù)端腳本語(yǔ)言的成熟度媲美，性能也沒(méi)有值得可圈可點(diǎn)的部分。直到Ryan Dahl在2009年推出Node.js后，后端JavaScript才走出其迷局。Node.js的推出，我覺(jué)得該變了兩個(gè)狀況：
- 統(tǒng)一了前后端JavaScript的編程模型。
- 利用事件機(jī)制充分利用用異步IO突破單線程編程模型的性能瓶頸，使得JavaScript在后端達(dá)到實(shí)用價(jià)值。
有了第二次瀏覽器大戰(zhàn)中的佼佼者V8的適時(shí)助力，使得Node.js在短短的兩年內(nèi)達(dá)到可觀的運(yùn)行效率，并迅速被大家接受。這一點(diǎn)從Node.js項(xiàng)目在Github上的流行度和NPM上的庫(kù)的數(shù)量可見(jiàn)一斑。
至于Node.js為何會(huì)選擇Evented I/O for V8 JavaScript的結(jié)構(gòu)和形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以參見(jiàn)一下2011年初對(duì)作者Ryan Dahl的一次采訪：http://bostinno.com/2011/01/31/node-js-interview-4-questions-with-creator-ryan-dahl/?。
事件機(jī)制的實(shí)現(xiàn)
Node.js中大部分的模塊，都繼承自Event模塊（http://nodejs.org/docs/latest/api/events.html?）。Event模塊（events.EventEmitter）是一個(gè)簡(jiǎn)單的事件監(jiān)聽(tīng)器模式的實(shí)現(xiàn)。具有addListener/on，once，removeListener，removeAllListeners，emit等基本的事件監(jiān)聽(tīng)模式的方法實(shí)現(xiàn)。它與前端DOM樹(shù)上的事件并不相同，因?yàn)樗淮嬖诿芭荩饘硬东@等屬于DOM的事件行為，也沒(méi)有preventDefault()、stopPropagation()、 stopImmediatePropagation() 等處理事件傳遞的方法。
從另一個(gè)角度來(lái)看，事件偵聽(tīng)器模式也是一種事件鉤子（hook）的機(jī)制，利用事件鉤子導(dǎo)出內(nèi)部數(shù)據(jù)或狀態(tài)給外部調(diào)用者。Node.js中的很多對(duì)象，大多具有黑盒的特點(diǎn)，功能點(diǎn)較少，如果不通過(guò)事件鉤子的形式，對(duì)象運(yùn)行期間的中間值或內(nèi)部狀態(tài)，是我們無(wú)法獲取到的。這種通過(guò)事件鉤子的方式，可以使編程者不用關(guān)注組件是如何啟動(dòng)和執(zhí)行的，只需關(guān)注在需要的事件點(diǎn)上即可。
var options = {
host: 'www.google.com',
port: 80,
path: '/upload',
method: 'POST'
};
var req = http.request(options, function (res) {
console.log('STATUS: ' + res.statusCode);
console.log('HEADERS: ' + JSON.stringify(res.headers));
res.setEncoding('utf8');
res.on('data', function (chunk) {
console.log('BODY: ' + chunk);
});
});
req.on('error', function (e) {
console.log('problem with request: ' + e.message);
});
// write data to request body
req.write('data\n');
req.write('data\n');
req.end();在這段HTTP request的代碼中，程序員只需要將視線放在error，data這些業(yè)務(wù)事件點(diǎn)即可，至于內(nèi)部的流程如何，無(wú)需過(guò)于關(guān)注。
值得一提的是如果對(duì)一個(gè)事件添加了超過(guò)10個(gè)偵聽(tīng)器，將會(huì)得到一條警告，這一處設(shè)計(jì)與Node.js自身單線程運(yùn)行有關(guān)，設(shè)計(jì)者認(rèn)為偵聽(tīng)器太多，可能導(dǎo)致內(nèi)存泄漏，所以存在這樣一個(gè)警告。調(diào)用：
emitter.setMaxListeners(0);可以將這個(gè)限制去掉。
其次，為了提升Node.js的程序的健壯性，EventEmitter對(duì)象對(duì)error事件進(jìn)行了特殊對(duì)待。如果運(yùn)行期間的錯(cuò)誤觸發(fā)了error事件。EventEmitter會(huì)檢查是否有對(duì)error事件添加過(guò)偵聽(tīng)器，如果添加了，這個(gè)錯(cuò)誤將會(huì)交由該偵聽(tīng)器處理，否則，這個(gè)錯(cuò)誤將會(huì)作為異常拋出。如果外部沒(méi)有捕獲這個(gè)異常，將會(huì)引起線程的退出。
事件機(jī)制的進(jìn)階應(yīng)用
繼承event.EventEmitter
實(shí)現(xiàn)一個(gè)繼承了EventEmitter類是十分簡(jiǎn)單的，以下是Node.js中流對(duì)象繼承EventEmitter的例子：
function Stream() {
events.EventEmitter.call(this);
}
util.inherits(Stream, events.EventEmitter);Node.js在工具模塊中封裝了繼承的方法，所以此處可以很便利地調(diào)用。程序員可以通過(guò)這樣的方式輕松繼承EventEmitter對(duì)象，利用事件機(jī)制，可以幫助你解決一些問(wèn)題。
多事件之間協(xié)作
在略微大一點(diǎn)的應(yīng)用中，數(shù)據(jù)與Web服務(wù)器之間的分離是必然的，如新浪微博、Facebook、Twitter等。這樣的優(yōu)勢(shì)在于數(shù)據(jù)源統(tǒng)一，并且可以為相同數(shù)據(jù)源制定各種豐富的客戶端程序。以Web應(yīng)用為例，在渲染一張頁(yè)面的時(shí)候，通常需要從多個(gè)數(shù)據(jù)源拉取數(shù)據(jù)，并最終渲染至客戶端。Node.js在這種場(chǎng)景中可以很自然很方便的同時(shí)并行發(fā)起對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)源的請(qǐng)求。
api.getUser("username", function (profile) {
// Got the profile
});
api.getTimeline("username", function (timeline) {
// Got the timeline
});
api.getSkin("username", function (skin) {
// Got the skin
});Node.js通過(guò)異步機(jī)制使請(qǐng)求之間無(wú)阻塞，達(dá)到并行請(qǐng)求的目的，有效的調(diào)用下層資源。但是，這個(gè)場(chǎng)景中的問(wèn)題是對(duì)于多個(gè)事件響應(yīng)結(jié)果的協(xié)調(diào)并非被Node.js原生優(yōu)雅地支持。為了達(dá)到三個(gè)請(qǐng)求都得到結(jié)果后才進(jìn)行下一個(gè)步驟，程序也許會(huì)被變成以下情況：
api.getUser("username", function (profile) {
api.getTimeline("username", function (timeline) {
api.getSkin("username", function (skin) {
// TODO
});
});
});這將導(dǎo)致請(qǐng)求變?yōu)榇羞M(jìn)行，無(wú)法最大化利用底層的API服務(wù)器。
為解決這類問(wèn)題，我曾寫作一個(gè)模塊（EventProxy，https://github.com/JacksonTian/eventproxy）來(lái)實(shí)現(xiàn)多事件協(xié)作，以下為上面代碼的改進(jìn)版：
var proxy = new EventProxy();
proxy.all("profile", "timeline", "skin", function (profile, timeline, skin) {
// TODO
});
api.getUser("username", function (profile) {
proxy.emit("profile", profile);
});
api.getTimeline("username", function (timeline) {
proxy.emit("timeline", timeline);
});
api.getSkin("username", function (skin) {
proxy.emit("skin", skin);
});EventProxy也是一個(gè)簡(jiǎn)單的事件偵聽(tīng)者模式的實(shí)現(xiàn)，由于底層實(shí)現(xiàn)跟Node.js的EventEmitter不同，無(wú)法合并進(jìn)Node.js中。但是卻提供了比EventEmitter更強(qiáng)大的功能，且API保持與EventEmitter一致，與Node.js的思路保持契合，并可以適用在前端中。
這里的all方法是指?jìng)陕?tīng)完profile、timeline、skin三個(gè)方法后，執(zhí)行回調(diào)函數(shù)，并將偵聽(tīng)接收到的數(shù)據(jù)傳入。
最后還介紹一種解決多事件協(xié)作的方案：Jscex（https://github.com/JeffreyZhao/jscex?）。Jscex通過(guò)運(yùn)行時(shí)編譯的思路（需要時(shí)也可在運(yùn)行前編譯），將同步思維的代碼轉(zhuǎn)換為最終異步的代碼來(lái)執(zhí)行，可以在編寫代碼的時(shí)候通過(guò)同步思維來(lái)寫，可以享受到同步思維的便利寫作，異步執(zhí)行的高效性能。如果通過(guò)Jscex編寫，將會(huì)是以下形式：
var data = $await(Task.whenAll({
profile: api.getUser("username"),
timeline: api.getTimeline("username"),
skin: api.getSkin("username")
}));
// 使用data.profile, data.timeline, data.skin
// TODO此節(jié)感謝Jscex作者@老趙（http://blog.zhaojie.me/）的指正和幫助。
利用事件隊(duì)列解決雪崩問(wèn)題
所謂雪崩問(wèn)題，是在緩存失效的情景下，大并發(fā)高訪問(wèn)量同時(shí)涌入數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢，數(shù)據(jù)庫(kù)無(wú)法同時(shí)承受如此大的查詢請(qǐng)求，進(jìn)而往前影響到網(wǎng)站整體響應(yīng)緩慢。那么在Node.js中如何應(yīng)付這種情景呢。
var select = function (callback) {
db.select("SQL", function (results) {
callback(results);
});
};以上是一句數(shù)據(jù)庫(kù)查詢的調(diào)用，如果站點(diǎn)剛好啟動(dòng)，這時(shí)候緩存中是不存在數(shù)據(jù)的，而如果訪問(wèn)量巨大，同一句SQL會(huì)被發(fā)送到數(shù)據(jù)庫(kù)中反復(fù)查詢，影響到服務(wù)的整體性能。一個(gè)改進(jìn)是添加一個(gè)狀態(tài)鎖。
var status = "ready";
var select = function (callback) {
if (status === "ready") {
status = "pending";
db.select("SQL", function (results) {
callback(results);
status = "ready";
});
}
};但是這種情景，連續(xù)的多次調(diào)用select發(fā)，只有第一次調(diào)用是生效的，后續(xù)的select是沒(méi)有數(shù)據(jù)服務(wù)的。所以這個(gè)時(shí)候引入事件隊(duì)列吧：
var proxy = new EventProxy();
var status = "ready";
var select = function (callback) {
proxy.once("selected", callback);
if (status === "ready") {
status = "pending";
db.select("SQL", function (results) {
proxy.emit("selected", results);
status = "ready";
});
}
};這里利用了EventProxy對(duì)象的once方法，將所有請(qǐng)求的回調(diào)都?jí)喝胧录?duì)列中，并利用其執(zhí)行一次就會(huì)將監(jiān)視器移除的特點(diǎn)，保證每一個(gè)回調(diào)只會(huì)被執(zhí)行一次。對(duì)于相同的SQL語(yǔ)句，保證在同一個(gè)查詢開(kāi)始到結(jié)束的時(shí)間中永遠(yuǎn)只有一次，在這查詢期間到來(lái)的調(diào)用，只需在隊(duì)列中等待數(shù)據(jù)就緒即可，節(jié)省了重復(fù)的數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)用開(kāi)銷。由于Node.js單線程執(zhí)行的原因，此處無(wú)需擔(dān)心狀態(tài)問(wèn)題。這種方式其實(shí)也可以應(yīng)用到其他遠(yuǎn)程調(diào)用的場(chǎng)景中，即使外部沒(méi)有緩存策略，也能有效節(jié)省重復(fù)開(kāi)銷。此處也可以用EventEmitter替代EventProxy，不過(guò)可能存在偵聽(tīng)器過(guò)多，引發(fā)警告，需要調(diào)用setMaxListeners(0)移除掉警告，或者設(shè)更大的警告閥值。
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