面试题：网络编程之Node.js非阻塞I/O在实时通信应用基础

Question

请阐述Node.js非阻塞I/O的原理，以及它如何在实时通信场景（如Websocket应用）中提高系统的并发处理能力。

Answer 1

Node.js非阻塞I/O原理

1. 事件循环机制： Node.js采用事件驱动和非阻塞I/O模型。其核心是事件循环（Event Loop），事件循环不断检查事件队列，一旦有事件到达，就将其对应的回调函数放入调用栈执行。
2. 异步I/O操作： 当Node.js执行I/O操作（如读取文件、网络请求等）时，不会阻塞主线程。它将这些I/O任务交给操作系统内核去处理，然后主线程继续执行后续代码。当I/O操作完成，操作系统会将事件放入事件队列，等待事件循环处理。
3. 回调函数与队列： 在发起I/O操作时，开发者会提供一个回调函数。当I/O操作完成后，该回调函数被放入事件队列。事件循环按顺序从事件队列中取出回调函数并在调用栈中执行。

在实时通信场景（如Websocket应用）中提高并发处理能力的方式

1. 高效利用资源： 在Websocket应用中，有大量的并发连接。Node.js的非阻塞I/O允许服务器在处理一个连接的I/O操作（如接收或发送数据）时，不阻塞其他连接的处理。这样可以同时处理多个Websocket连接，而不会因为某个连接的I/O延迟而影响其他连接。
2. 事件驱动处理： Websocket基于事件驱动，如连接建立、消息接收、连接关闭等事件。Node.js通过事件循环机制可以高效地处理这些事件。当有新的Websocket连接请求时，事件循环将连接建立事件对应的回调函数放入调用栈执行，处理连接逻辑。同样，当有消息到达时，将消息处理回调函数放入调用栈，实现并发处理多个连接的消息。
3. 轻量级线程模型： Node.js采用单线程模型，但通过非阻塞I/O和事件循环，模拟出了并发处理的效果。相比于传统的多线程模型，避免了线程上下文切换的开销和线程同步的复杂性，在处理大量并发的Websocket连接时，能更高效地利用系统资源，提高并发处理能力。