Node.js: Блокування процесу — Катастрофічні сценарії, Частина 2

Node.js відомий як одна з основних платформ для серверних JavaScript-застосунків. Однією з найважливіших особливостей цієї платформи є її архітектура event loop (циклу подій), що оптимізує продуктивність за рахунок підтримки асинхронних операцій вводу/виводу (I/O). Однак, якщо event loop (цикл подій) не керується належним чином, застосунки можуть стикнутися з серйозними проблемами продуктивності. У цій статті ми детально розглянемо, як може бути заблокований event loop, причини блокування та способи уникнути цієї ситуації.

1. Що таке Event Loop (Цикл подій) і як він працює?

Проблема та причини:

Event loop (цикл подій) — це структура, що забезпечує безперебійну роботу Node.js-застосунків. Працюючи на одному потоці, він ставить асинхронні задачі в чергу та обробляє їх послідовно. Однак, event loop (цикл подій) може бути заблокований через обчислювально важкі задачі або неправильний дизайн коду. Блокування затримує виконання операцій вводу/виводу (I/O) і може призвести до того, що застосунок не буде відповідати на запити.

Наступні ситуації можуть призвести до блокування event loop (циклу подій):

• Важкі цикли (Heavy Loops): Особливо під час обробки великих даних довгі цикли можуть утримувати event loop (цикл подій) зайнятим.
• Використання синхронного коду: Коли надається перевага синхронним операціям замість асинхронних, блокування стає неминучим.

Стратегії вирішення:

Щоб уникнути таких сценаріїв блокування, можна застосувати наступні стратегії:

• Використання асинхронного коду: Надання переваги асинхронним операціям замість синхронних є основним вирішенням для запобігання блокуванню.
• Багатопоточність: Модуль worker_threads може стати рішенням для обчислювально важких задач.

Приклади коду:

Приклад обчислювально важкого циклу:

 // Приклад блокування  
 for (let i = 0; i < 1e9; i++) {  
   // Важкі обчислення  
 }  

 // У цьому випадку event loop (цикл подій) не може виконувати інші операції.

Перетворення на асинхронну операцію:

 // Версія без блокування  
 const { Worker } = require('worker_threads');  

 function runService(workerData) {  
   return new Promise((resolve, reject) => {  
     const worker = new Worker('./worker.js', { workerData });  
     worker.on('message', resolve);  
     worker.on('error', reject);  
     worker.on('exit', (code) => {  
       if (code !== 0)  
         reject(new Error(`Worker stopped with exit code ${code}`));  
     });  
   });  
 }  

 runService('someWorkerData').then(console.log).catch(console.error);

2. Довгі операції вводу/виводу (I/O)

Проблема та причини:

Блокування event loop (циклу подій) може бути викликано не тільки обчислювально важкими операціями, але й довгими операціями вводу/виводу (I/O). Наприклад, використання синхронних методів файлової системи під час читання та запису великих файлів може змусити event loop (цикл подій) чекати довгий час.

Стратегії вирішення:

• Використання потоків (Streams): API потоків Node.js дозволяє обробляти великі операції з даними, розбиваючи їх на менші частини.
• Асинхронні операції з async/await: Зробіть операції вводу/виводу (I/O) асинхронними за допомогою async/await.

Приклади коду:

Приклад синхронного читання файлів:

 // Синхронне читання файлів  
 const fs = require('fs');  
 const data = fs.readFileSync('/path/to/file');  
 console.log(data);

Запобігання блокуванню за допомогою асинхронного читання файлів:

 // Асинхронне читання файлів  
 const fs = require('fs');  

 fs.readFile('/path/to/file', (err, data) => {  
   if (err) throw err;  
   console.log(data);  
 });

Альтернативно, використання потоку (stream):

 // Запобігання блокуванню за допомогою потоку  
 const fs = require('fs');  
 const readStream = fs.createReadStream('/path/to/file');  

 readStream.on('data', (chunk) => {  
   console.log(chunk);  
 });

3. Блокування через інші бібліотеки

Проблема та причини:

Іноді використання сторонніх бібліотек може вплинути на event loop (цикл подій) через наявність у них блокуючих операцій.
Цей тип проблеми зазвичай виникає через недостатнє вивчення коду зовнішніх бібліотек.

Стратегії вирішення:

• Вивчення бібліотек: Досліджуйте принципи роботи бібліотек, які ви використовуєте, та потенційно блокуючий код у них.
• Вибір альтернативних бібліотек: Шукайте більш продуктивні альтернативи замість використання блокуючої бібліотеки.

4. Виявлення блокування за допомогою профілювання Node.js та інструментів моніторингу

Проблема та причини:

Невикористання правильних інструментів для виявлення проблем може ускладнити процес діагностики та вирішення блокування.

Стратегії вирішення:

Профілі та інструменти моніторингу Node.js корисні для розуміння і діагностики проблем з продуктивністю.

• Інструмент профілювання Node.js: Профілі застосунків можна генерувати за допомогою команди node — prof.
• Performance Hooks (Модуль вимірювання продуктивності) Node.js: Модуль Performance Hooks можна використовувати для вимірювання часу.

Приклади коду:

За допомогою команди профілювання:

node --prof myApp.js  
node --prof-process isolate-0x*.log > processed.txt

За допомогою Performance Hooks:

const { performance, PerformanceObserver } = require('perf_hooks');  

const obs = new PerformanceObserver((items) => {  
 console.log(items.getEntries()[0].duration);  
 performance.clearMarks();  
});  
obs.observe({ entryTypes: ['measure'] });  

performance.mark('A');  
doSomeLongRunningProcess();  
performance.mark('B');  
performance.measure('A to B', 'A', 'B');

5. Оптимізація продуктивності та найкращі практики

Проблема та причини:

Ігнорування хороших практик програмування для запобігання блокуванню event loop (циклу подій) може призвести до більш серйозних проблем з часом.

Стратегії вирішення:

• Оцінка вашого коду для оптимізації: Переконайтеся, що у вашому коді немає обчислювально важких блоків або синхронних операцій.
• Розуміння і використання мікротасків (Microtasks): Ви можете створювати короткотривалі затримки, використовуючи чергу мікротасків за допомогою process.nextTick або Promise.
• Стратегії балансування навантаження та масштабування: Розгляньте можливості горизонтального масштабування вашого застосунку.

Приклади коду:

Для використання мікротасків:

process.nextTick(() => {  
 console.log('Next tick');  
});  

Promise.resolve().then(() => {  
 console.log('Microtask');  
});  

console.log('Synchronous log');

Ці стратегії та рішення є ефективними методами для запобігання проблем з блокуванням event loop (циклу подій) і збільшення швидкості реакції ваших Node.js-застосунків. Забезпечення ефективної роботи event loop (циклу подій) безпосередньо впливає на загальну продуктивність вашого застосунку і покращує користувацький досвід.

Перекладено з: Node.js Process Blocking: Disaster Scenarios — Part 2