Kiến trúc Node.js - Event Loop

Các pha (Phases) của Event Loop

Trước đây, người ta đã đề cập rằng Event Loop sẽ giám sát Call Stack có đang trống hay không và Event Queue có đang chứa các hàm đang chờ xử lý hay không để thực hiện việc đưa chúng trở lại Call Stack. Quy trình này được thực hiện theo các giai đoạn như sơ đồ sau:

• Timers: thực thi các hàm callback đã được lên lịch với setTimeout và setInterval.
• I/O callbacks: thực hiện hầu hết tất cả các lệnh gọi lại ngoại trừ close callback, timers callback và setImmediate().
• Idle, prepare: dùng cho việc xử lý nội bộ của node.js.
• Poll: truy xuất các sự kiện I/O mới chấp nhận các kết nối đến và xử lý dữ liệu.
• Check: xử lý hàm callback của setImmediate.
• Close callbacks: thực thi các hàm callbacks cho các sự kiện close. Ví dụ: socket.on("close").

Điều này chứng minh các giai đoạn của Event Loop được thực thi bởi luồng chính. Mỗi giai đoạn thể hiện cách Event Loop quyết định việc đưa hàm callback nào đang chờ vào Call Stack để chúng được thực thi.

Các pha của Event Loop cũng là nguyên nhân dẫn đến thứ tự thực hiện của một số hàm trong node.js như setTimeout(cb, 0), setImmediate(), process.nextTick(cb) mà chúng ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn về chúng trong một bài viết sau.

Tổng kết lại

Tóm lại thì node.js có 2 thành phần cấu tạo quan trọng:

Libuv - I/O không đồng bộ đa nền tảng

libuv là một thư viện hỗ trợ đa nền tảng, tập trung vào I/O không đồng bộ. Nó chủ yếu được phát triển để được sử dụng bởi node.js.

Libuv bao gồm vòng lặp sự kiện (Event Loop), TCP/UDP không đồng bộ, xử lý tệp không đồng bộ, nhóm luồng, các quy trình con và xử lý chúng một cách độc lập.

V8 JavaScript Engine

V8 là dự án open-source của Google, được viết bằng C++. Nó được sử dụng trong Chrome và Node.js.

Nó triển khai ECMAScript và WebAssembly, đồng thời chạy trên Windows 7 trở lên, macOS 10.12+ và Linux.

V8 chứa các khả năng phân bổ bộ nhớ heap, thực thi Call Stack, trình thu gom rác, trình biên dịch tối ưu hóa và trình thông dịch Javascript.

Node.js sử dụng V8 Javascript Engine và do đó còn được gọi là V8 embedder. Theo yêu cầu của V8 Engine, embedder phải triển khai một vòng lặp sự kiện. Node.js đã chọn libuv để triển khai vòng lặp. Đây là nơi V8 và libuv được kết nối bằng cách sử dụng các liên kết C++.

Là đơn luồng, node.js chỉ có một vòng lặp sự kiện. Giữa mỗi lần chạy vòng lặp sự kiện, node.js kiểm tra bất kỳ tác vụ I/O không đồng bộ nào đang chờ và kết thúc nếu không có bất kỳ sự kiện nào. Đơn giản là vòng lặp sự kiện không tạo ra ngay lập tức cho đến khi có callback đang chờ xử lý. Cuối cùng ứng dụng node.js kết thúc khi không có bất kỳ sự kiện nào trong Call Stack hoặc Event Queue.

Mô hình đồng thời chỉ với một luồng

Có thể tóm tắt về mô hình đồng thời trong luồng đơn, vòng lặp sự kiện (Event Loop) và ngăn xếp cuộc gọi (Call Stack) để xây dựng mô hình I/O không đồng bộ như sau:

• Ứng dụng node.js được node.js thực thi.
• Chức năng bị ràng buộc CPU (sử dụng CPU cao) được thực thi đồng bộ trên luồng chính.
• Nếu chức năng là I/O không đồng bộ được đẩy tới nhóm luồng để thực thi không đồng bộ và luồng chính tiếp tục thực thi.
• Sau khi chức năng không đồng bộ hoàn thành, nhóm luồng tự đẩy hàm callback và sự kiện vào Event Queue.
• Vòng lặp sự kiện sử dụng luồng chính để theo dõi các hàm callbacks đang chờ xử lý trên Event Queue nếu Call Stack đang trống. Nó sẽ đưa các hàm callbacks vào lại Call Stack để thực thi nếu Call Stack trống.

Node.js nên dùng khi nào?

Node.js chỉ đơn giản là cung cấp mô hình I/O không đồng bộ, không bị chặn ngay cả với luồng đơn. Điều này làm cho node.js phù hợp hơn với các ứng dụng I/O chuyên sâu hơn. Các ứng dụng chuyên sâu về CPU sẽ không phù hợp với node.js vì nó sẽ chặn việc thực thi trên luồng đơn đó.

Vì ngôn ngữ lập trình Javascript được sử dụng trong node.js, các nhà phát triển có thể tạo các Application Stack đầy đủ chỉ bằng một ngôn ngữ Javascript.