Node.js 是一个 Javascript 的运行时，提供了系统能力的 api，主要是文件、网络相关的 IO api，而 IO api 的实现是在 libuv，提供了同步异步两种形式的 api。

本来就来探究下 libuv 的功能和提供的 api 的形式。

同步异步、事件循环

cpu 是顺序执行代码的，通过 pc 寄存器来存储着下一条指令的内存地址。代码的执行流程叫做控制流。但是对于一些 IO 操作来说，并不需要 cpu 做计算，而是在等待硬盘设备、网络设备的数据读取，这时候 cpu 是空闲的，所以一条控制流不行，会导致 cpu 利用率太低。所以操作系统又提供了进程、线程的功能，进程是分配资源的单位，而执行代码主要是靠线程，一个线程就是一条控制流，它是 cpu 调度的基本单位，也就是说可以在多个控制流之间切换，当一个线程在做 IO 的时候就释放 cpu，让其他线程去跑。

一个线程阻塞的等待 IO 的方式就是同步，会比较浪费 cpu，而多个线程切换，在做 IO 的时候让其他线程上 cpu 跑，执行完 IO 再申请 cpu 来继续后续处理，这种方式就是异步。

异步最终是多线程来实现的，但是在 Node.js 里面又进一步通过 event loop 做了封装，比如执行文件读取、网络访问的时候并不需要开发者去创建线程，而是调用 api，指定回调函数就可以了，这是对多线程的进一步封装。

异步的底层实现都是通过线程的切换，但是暴露给开发者的形式有两种：

第一种是开发者控制线程的创建和销毁，指定线程执行的内容。开发者负责创建销毁线程、指定线程执行的内容，java 是这种。

第二种是提供事件循环机制，提供一系列异步 api，这些异步 api 最终是由线程来执行的，但是开发者不需要手动管理线程。javascript 是这种。

libuv

在 Node.js 里面，实现 event loop 的就是 libuv，它是一个异步 IO 库，负责文件和网络的 io，提供了事件形式的异步 api。

libuv 里有一个线程池负责维护一些线程用来执行异步 api，这个线程池的大小是可以设置的，通过环境变量 UV_THREADPOOL_SIZE 可以设置。

在 Node.js 文档中搜索 UV_THREADPOOL_SIZE 可以看到这段介绍：

就是说 libuv 是负责 IO 的 api 的异步实现的，基于更底层的操作系统 api。这些操作系统 api 有的是异步的，有的不是，对于不是异步 api 的那些，就要由 libuv 的线程池中的线程来执行，变成异步的形式。

这些 api 包括：

• 所有的文件 fs api，除了 watch 的 api
• 加密 crypto 的异步 api
• dns.loopup
• 所有压缩的 zlib api

这些 api 共用一个线程池，那么肯定会相互影响，所以有的时候需要加大线程池的线程数量，默认是 4，当需要的时候可以设置这个环境变量来加大。

这让我想起了 Node.js 的 --max-old-space-size=SIZE 可以设置堆大小一样，都是性能调优的参数。

当面试问到 Node.js 性能调优的时候，可以答设置 libuv 的线程池大小，堆大小设置的这两个参数/环境变量。

看了文档之后，我们更确认了异步最底层的实现就是线程，只不过是通过 libuv 的线程池做了封装。libuv 提供了 IO 相关的 api，在 Node.js 的架构中的位置如下：

IO api 的 3 种形式

梳理清楚了同步异步方式的实现原理，我们再来看下 Node.js 都怎么提供这两种 api 的：

同步的 api 比较简单，就是调用函数，拿到返回值就行，很多 xxSync 的 api 都是同步的，比如：

const fs = require(‘fs‘);

const data = fs.readFileSync(‘tmp.txt‘, ‘utf8‘);
console.log(data);

而异步的 api 则分为了两种形式，callback 和 promise：

const fs = require(‘fs‘);

fs.readFile(‘tmp.txt‘, ‘utf8‘, (err, data) => {
    console.log(data);
});

还有 promise 的版本：

const fsPromises = require(‘fs‘).promises;

(async function () {
 const data = await fsPromises.readFile(‘tmp.txt‘, ‘utf-8‘);
 console.log(data);
})();

其中 promise 的版本只有两个模块有，fs 和 dns，是在 Node.js 10.x 引入的，方便使用 async、await 来组织代码。

const dnsPromises = require(‘dns‘).promises;

(async function () {
 const result = await dnsPromises.lookup(‘www.baidu.com‘);
 console.log(result.address);
})();

用到 fs 和 dns 这两个模块的时候，推荐使用 promise 形式的异步 api，当然，必须是 Node.js 10 以上的版本。

总结

程序在进行 IO 的时候， cpu 是空闲的，为了更好的利用 cpu，操作系统提供了进程、线程的功能，一个线程就是一条控制流。当在 IO 的时候，切换到别的线程，等 IO 结束之后再继续执行的方式就是异步，而相应的一个线程阻塞的等待的方式就是同步。

异步最终是由线程实现的，但是提供给开发者的有两种形式：一种是提供线程 api，让开发者自己管理线程，另一种方式就是提供事件循环，对于异步 api 通过线程来实现。第二种方式对开发者更透明，不需要关心线程的创建和切换。

Node.js 里面的 event loop 的实现是在 libuv，它提供了文件和网络的异步 IO 的 api，从文档中我们可以看到，libuv 是基于操作系统的 api 实现的，而其中一些同步的 api，则是由 libuv 的线程池来执行，达到异步的目的。但是线程池的大小默认是 4，有的时候需要加大，可以通过修改 UV_THREADPOOL_SIZE 的方式。

Node.js 提供的 api 有 3 种形式，一种是同步的，一种是异步 callback、一种是异步 promise。其中异步 promises 的形式是推荐的写法，但是只有在 fs、dns 两个模块可用，并且要在 Node.js 10 以上才行。

希望本文能够帮大家理清异步的本质，libuv 的作用，Node.js api 的形式，以及如何做 libuv 的调优。

转自https://mp.weixin.qq.com/s/_GrujWmg7qA4ExxFPxij9A

Node.js 异步 api 的本质和 libuv