Respuesta simple: Node.js tiene un solo subproceso y divide ese único subproceso para simular la concurrencia, mientras que Elixir aprovecha la concurrencia y el paralelismo nativo de BEAM, la máquina virtual de Erlang. para ejecutar procesos simultáneamente.

A continuación, comprenderemos esta diferencia con más profundidad, explorando dos conceptos clave: el bucle de eventos de Node.js y BEAM VM y OTP de Elixir. Estos elementos son cruciales para comprender cómo cada tecnología maneja la ejecución de tareas asincrónicas y cómo esto afecta el rendimiento y la escalabilidad en diferentes aplicaciones.

1. ¿Qué es el bucle de eventos?

Node.js opera en un único hilo principal y utiliza un mecanismo llamado bucle de eventos para administrar operaciones asincrónicas. El concepto básico es que verifica si hay tareas pendientes de procesar, como operaciones de E/S, promesas y devoluciones de llamadas, y las ejecuta cuando están listas.

1.1 Cómo funciona en la práctica:

Cuando se inicia una operación asincrónica (por ejemplo, una consulta a una API), se delega a libuv. Mientras tanto, el bucle de eventos continúa aceptando otras conexiones.
Cuando finaliza la operación asincrónica, libuv devuelve el resultado a la cola de eventos, luego el bucle de eventos coloca la devolución de llamada asociada con la operación en la pila de llamadas.

1.2 Limitaciones del bucle de eventos:

• Si una tarea que requiere mucho tiempo o CPU está en la pila de llamadas, puede bloquear el procesamiento de otras operaciones, lo que reduce la eficiencia.

• La simultaneidad es limitada ya que todo se ejecuta en un único hilo principal.

2. TRANSMITIR VM y OTP

Elixir se basa en BEAM VM, la misma máquina virtual que impulsa Erlang, conocida por su capacidad para manejar alta concurrencia y resiliencia. A diferencia de Node.js, Elixir no depende de un solo hilo. En cambio, utiliza procesos extremadamente livianos y aislados administrados por BEAM.

2.1 Cómo funciona en la práctica:

• Cada proceso en Elixir es independiente, lo que significa que no comparten memoria ni se bloquean entre sí.
• Estos procesos son administrados por BEAM, que puede crear y administrar millones de procesos simultáneamente, distribuyendo la carga entre todos los núcleos de CPU disponibles.
• Además, Elixir viene con OTP (Open Telecom Platform), que proporciona un conjunto de bibliotecas y herramientas para construir sistemas robustos y distribuidos.

2.2 Ventajas de BEAM y OTP:

• Escalabilidad: BEAM puede distribuir procesos en todos los núcleos de la CPU, maximizando el uso de recursos.
• Resiliencia: Si un proceso falla, no afecta a otros procesos. Esto le permite crear sistemas tolerantes a fallos.
• Competencia real: a diferencia del bucle de eventos, que se limita a un solo subproceso, Elixir puede ejecutar procesos realmente en paralelo, aprovechando múltiples núcleos de CPU.

3. Comparación de Node.js y Elixir en la práctica

Imaginemos un servidor que necesita manejar miles de conexiones simultáneas, cada una de las cuales realiza operaciones asincrónicas y un procesamiento pesado y que requiere mucho tiempo.

3.1 Con Node.js:

• El servidor es eficiente hasta cierto punto, pero a medida que se acumulan operaciones pesadas, el bucle de eventos comienza a sobrecargarse. Aunque un buen uso de los recursos disponibles en JS y Node puede ayudar mucho con el rendimiento: como el uso correcto de async/wait y/o then/catch y los recursos integrados como nodo lib:cluster
• Esto puede provocar retrasos en la respuesta a nuevas conexiones, lo que resulta en un impacto significativo en el rendimiento.

3.2 Con Elixir:

• Cada conexión se puede gestionar mediante un proceso independiente. Las operaciones de E/S, los cálculos e incluso los fallos se pueden gestionar de forma aislada.
• BEAM distribuye la carga de manera eficiente, asegurando que el sistema siga funcionando sin mayores problemas, incluso bajo alta demanda.
• Si es necesario, es posible comunicarse entre procesos mediante mensaje.
• Mecanismo de programación preventiva BEAM.

Conclusión

Node.js es una herramienta excelente para muchas aplicaciones, especialmente aquellas que se ocupan de operaciones asincrónicas simples y no requieren un procesamiento pesado de la CPU. Sin embargo, su modelo de concurrencia basado en un solo subproceso puede ser un cuello de botella en escenarios más complejos.

Elixir, con BEAM VM y soporte nativo para procesos livianos y concurrencia masiva, ofrece una alternativa sólida y eficiente para sistemas que necesitan manejar una gran cantidad de operaciones simultáneas y distribuir la carga entre múltiples subprocesos de CPU. Si necesita resiliencia, escalabilidad y alta simultaneidad, Elixir es la opción.

Si bien el título de este artículo es audaz al sugerir que Elixir y BEAM superan a Node.js en procesamiento asincrónico, es importante reconocer que existen diferencias significativas entre estas tecnologías. La decisión sobre cuál utilizar debe considerar una variedad de factores, no sólo la concurrencia y el paralelismo discutidos aquí. Aspectos como el ecosistema, la familiaridad del equipo con el lenguaje, los requisitos específicos del proyecto y la naturaleza de las tareas a realizar juegan un papel crucial a la hora de elegir la mejor herramienta para el trabajo. Al fin y al cabo, cada escenario tiene sus particularidades, y la elección de la tecnología debe realizarse con una visión holística, teniendo en cuenta todas las necesidades y desafíos del proyecto.

Bibliografía

Trapos:

Los subprocesos son las unidades de ejecución más pequeñas de un programa. En muchos sistemas operativos, un proceso puede contener varios subprocesos, cada uno de los cuales ejecuta una parte diferente del programa. Los subprocesos pueden compartir memoria y recursos, pero esto puede provocar problemas de simultaneidad, como condiciones de carrera.

Competencia:

La simultaneidad es la capacidad de un sistema para manejar múltiples tareas al mismo tiempo. En un sistema concurrente, varias tareas pueden progresar de forma independiente incluso si no se ejecutan simultáneamente. BEAM, por ejemplo, gestiona procesos competitivos que operan de forma independiente.

Bucle de eventos:

El bucle de eventos es un patrón de diseño utilizado en sistemas como Node.js para gestionar operaciones asincrónicas. Funciona en un solo hilo, ejecutando tareas cíclicamente, respondiendo a eventos como E/S y ejecuciones asincrónicas, asegurando que el programa continúe respondiendo mientras espera operaciones largas.

Paralelismo:

El paralelismo es la ejecución simultánea de múltiples tareas en diferentes núcleos de CPU. A diferencia de la concurrencia, que se refiere a la gestión de tareas concurrentes, el paralelismo implica ejecutar estas tareas al mismo tiempo. BEAM distribuye procesos en múltiples núcleos para maximizar el paralelismo.

Procesos ligeros:

En BEAM, los procesos livianos son unidades de ejecución que son mucho más eficientes en memoria y CPU que los subprocesos tradicionales. Están aislados entre sí y administrados por BEAM, que le permite crear y administrar millones de procesos simultáneos.

Programación preventiva:

La programación preventiva es un sistema de gestión del tiempo de ejecución en el que el sistema operativo o la máquina virtual asigna intervalos de tiempo a cada proceso, garantizando que ningún proceso monopolice la CPU. En BEAM, esto garantiza que todos los procesos tengan la posibilidad de ejecutarse de manera justa.

HAGA VM:

BEAM (Erlang Abstract Machine de Bogdan/Björn) es la máquina virtual que ejecuta el código Erlang y Elixir. Es conocido por su capacidad para gestionar procesos livianos de manera eficiente, admitiendo concurrencia y paralelismo masivos, además de brindar tolerancia a fallas.

OTP (Plataforma Abierta de Telecomunicaciones):

OTP es un conjunto de bibliotecas y patrones de diseño que se incluyen con Erlang y Elixir. Proporciona herramientas para crear sistemas concurrentes, distribuidos y tolerantes a fallas, lo que facilita el desarrollo de aplicaciones sólidas y escalables.

libuv

es una biblioteca multiplataforma que brinda soporte para operaciones de E/S asincrónicas en Node.js. Es responsable de implementar el bucle de eventos y abstraer las funcionalidades del sistema operativo, como operaciones de red, sistema de archivos y subprocesos. libuv permite a Node.js ejecutar eficientemente tareas asincrónicas en un solo subproceso, utilizando un grupo de subprocesos interno para bloquear operaciones, asegurando la continuidad del bucle de eventos principal.

Operaciones de E/S

Las operaciones de E/S (entrada/salida) se refieren a cualquier interacción entre un programa y el mundo externo, como leer o escribir en archivos, comunicarse con dispositivos de hardware o intercambiar datos a través de la red. Estas operaciones pueden llevar mucho tiempo y, en muchos sistemas, se realizan de forma asincrónica para evitar que el programa se bloquee mientras espera que se complete la operación.

Referencias

ERLANG. La breve introducción a BEAM. Blog de Erlang, 2020. Disponible en: https://www.erlang.org/blog/a-brief-beam-primer/. Consultado el: 29 de agosto. 2024.

ERLANG. Comenzando con Erlang [PDF]. Erlang.org. Disponible en: https://erlang.org/download/erlang-book-part1.pdf. Consultado el: 29 de agosto. 2024.

NODO.DOCTORES. Una guía animada del bucle de eventos de Node.js. Dev.to, 2021. Disponible en: https://dev.to/nodedoctors/an-animated-guide-to-nodejs-event-loop-3g62. Consultado el: 29 de agosto. 2024.

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