簡単な答え: Node.js はシングルスレッドであり、その単一スレッドを分割して並行性をシミュレートしますが、Elixir は、Erlang の仮想マシンである BEAM のネイティブな並行性と並列性を利用します。プロセスを同時に実行します。

以下では、Node.js イベント ループと Elixir の BEAM VM および OTP という 2 つの主要な概念を検討しながら、この違いをさらに深く理解します。これらの要素は、各テクノロジーが非同期タスクの実行をどのように処理するか、またそれがさまざまなアプリケーションのパフォーマンスとスケーラビリティにどのような影響を与えるかを理解するために重要です。

1. イベントループとは何ですか?

Node.js は単一のメイン スレッドで動作し、イベント ループと呼ばれるメカニズムを使用して非同期操作を管理します。基本的な概念は、I/O 操作、Promise、コールバックなどの処理対象の保留中のタスクをチェックし、準備ができたらそれらを実行するというものです。

1.1 実際にどのように機能するか:

非同期操作 (API へのクエリなど) が開始されると、その操作は libuv に委任されます。その間、イベント ループは他の接続を受け入れ続けます。
非同期操作が終了すると、libuv は結果をイベント キューに返し、イベント ループは操作に関連付けられたコールバックをコール スタックに配置します。

1.2 イベント ループの制限:

• 時間のかかるタスクまたは CPU を集中的に使用するタスクがコール スタック上にある場合、他の操作の処理がブロックされ、効率が低下する可能性があります。

• すべてが単一のメインスレッドで実行されるため、同時実行性は制限されます。

2. BEAM VM と OTP

Elixir は BEAM VM 上に構築されています。BEAM VM は、高い同時実行性と回復力を処理する能力で知られる Erlang を強化するのと同じ仮想マシンです。 Node.js とは異なり、Elixir は単一のスレッドに依存しません。代わりに、BEAM によって管理される非常に軽量で分離されたプロセスを使用します。

2.1 実際にどのように機能するか:

• Elixir の各プロセスは独立しています。つまり、メモリを共有したり、相互にブロックしたりしません。
• これらのプロセスは BEAM によって管理され、数百万のプロセスを同時に作成および管理し、利用可能なすべての CPU コアに負荷を分散できます。
• さらに、Elixir には、堅牢な分散システムを構築するためのライブラリとツールのセットを提供する OTP (Open Telecom Platform) が付属しています。

2.2 BEAM と OTP の利点:

• スケーラビリティ: BEAM はプロセスをすべての CPU コアに分散し、リソース使用量を最大化できます。
• 回復力: プロセスが失敗しても、他のプロセスには影響しません。これにより、フォールトトレラントなシステムを構築できます。
• 本当の競争: 単一スレッドに制限されるイベント ループとは異なり、Elixir は複数の CPU コアを活用してプロセスを真に並列実行できます。

3. Node.js と Elixir の実際の比較

何千もの同時接続を処理する必要があり、各接続が非同期操作と、重く時間のかかる処理を実行するサーバーを想像してみましょう。

3.1 Node.js を使用する場合:

• サーバーはある程度まで効率的ですが、重い操作が積み重なると、イベント ループが過負荷になり始めます。 JS と Node で利用可能なリソースをうまく使用すると、パフォーマンスに大きく役立ちます。たとえば、async/wait および/または then/catch および組み込みリソースの適切な使用などです。 lib ノード:クラスターなど
• これにより、新しい接続への応答が遅れ、パフォーマンスに重大な影響を与える可能性があります。

3.2 エリクサーを使用する場合:

• 各接続は別個のプロセスで管理できます。 I/O 操作、計算、さらには障害も分離して管理できます。
• BEAM は負荷を効率的に分散し、需要が高い場合でもシステムが大きな問題なく機能し続けることを保証します。
• 必要に応じて、メッセージを介してプロセス間で通信することができます。
• BEAM プリエンプティブ スケジューリング メカニズム。

結論

Node.js は、多くのアプリケーション、特に単純な非同期操作を処理し、重い CPU 処理を必要としないアプリケーションにとって優れたツールです。ただし、シングル スレッド ベースの同時実行モデルは、より複雑なシナリオではボトルネックになる可能性があります。

Elixir は、BEAM VM と軽量プロセスおよび大規模同時実行のネイティブ サポートを備えており、多数の同時操作を処理し、複数の CPU スレッド間で負荷を分散する必要があるシステムに堅牢で効率的な代替手段を提供します。復元力、スケーラビリティ、高い同時実行性が必要な場合は、Elixir が最適です。

この記事のタイトルは、Elixir と BEAM が非同期処理において Node.js よりも優れていることを大胆に示唆していますが、これらのテクノロジ間には大きな違いがあることを認識することが重要です。どちらを使用するかを決定するには、ここで説明した同時実行性と並列性だけではなく、さまざまな要素を考慮する必要があります。エコシステム、チームの言語への習熟度、特定のプロジェクト要件、実行するタスクの性質などの側面が、仕事に最適なツールを選択する際に重要な役割を果たします。結局のところ、各シナリオにはそれぞれの特徴があり、テクノロジーの選択は、プロジェクトのすべてのニーズと課題を考慮して、全体的な観点から行う必要があります。

参考文献

スレッド:

スレッドはプログラム内の実行の最小単位です。多くのオペレーティング システムでは、プロセスに複数のスレッドを含めることができ、それぞれがプログラムの異なる部分を実行します。スレッドはメモリとリソースを共有できますが、これにより競合状態などの同時実行の問題が発生する可能性があります。

競争：

同時実行性とは、システムが複数のタスクを同時に処理できる能力です。並行システムでは、複数のタスクが同時に実行されていなくても、独立して進行できます。たとえば、BEAM は、独立して動作する競合プロセスを管理します。

イベントループ:

イベント ループは、Node.js などのシステムで非同期操作を管理するために使用される設計パターンです。これは単一のスレッドで動作し、タスクを周期的に実行し、I/O や非同期実行などのイベントに応答して、長時間の操作を待機している間もプログラムが応答し続けることを保証します。

並列処理:

並列処理とは、異なる CPU コア上で複数のタスクを同時に実行することです。同時タスクの管理を指す同時実行とは異なり、並列処理にはこれらのタスクを実際に同時に実行することが含まれます。 BEAM はプロセスを複数のコアに分散して並列処理を最大化します。

軽量プロセス:

BEAM では、軽量プロセスは、従来のスレッドよりもメモリと CPU の効率がはるかに高い実行ユニットです。これらは相互に分離され、BEAM によって管理されるため、何百万もの同時プロセスを作成および管理できます。

プリエンプティブなスケジューリング:

プリエンプティブ スケジューリングは、オペレーティング システムまたは仮想マシンが各プロセスにタイム スライスを割り当て、どのプロセスも CPU を独占しないようにするランタイム管理システムです。 BEAM では、これによりすべてのプロセスが公平に実行されることが保証されます。

ビームVM:

BEAM (Bogdan/Björn's Erlang Abstract Machine) は、Erlang および Elixir コードを実行する仮想マシンです。軽量プロセスを効率的に管理し、大規模な同時実行性と並列処理をサポートし、フォールト トレランスを提供する機能で知られています。

OTP (オープンテレコムプラットフォーム):

OTP は、Erlang および Elixir に同梱されるライブラリとデザイン パターンのセットです。同時実行、分散型、フォールトトレラントなシステムを構築するためのツールを提供し、堅牢でスケーラブルなアプリケーションの開発を促進します。

リブブ

は、Node.js での非同期 I/O 操作のサポートを提供するクロスプラットフォーム ライブラリです。イベント ループの実装と、ネットワーク操作、ファイル システム、スレッドなどのオペレーティング システム機能の抽象化を担当します。 libuv を使用すると、Node.js が単一スレッドで非同期タスクを効率的に実行できるようになり、内部スレッド プールを利用して操作をブロックし、メイン イベント ループの連続性を確保できます。

I/O操作

I/O (入力/出力) 操作とは、ファイルの読み取りまたは書き込み、ハードウェア デバイスとの通信、ネットワーク上のデータ交換など、プログラムと外部世界との間のあらゆる対話を指します。これらの操作は時間がかかる場合があり、多くのシステムでは、操作の完了を待っている間にプログラムがブロックされるのを防ぐために非同期で実行されます。

参考文献

アーラング。簡単な BEAM 入門書。 Erlang ブログ、2020。https://www.erlang.org/blog/a-brief-beam-primer/ から入手できます。アクセス日: 8 月 29 日2024.

アーラング。 Erlang 入門 [PDF]。 Erlang.org。 https://erlang.org/download/erlang-book-part1.pdf から入手できます。アクセス日: 8 月 29 日2024.

ノードドクターズ。 Node.js イベント ループのアニメーション ガイド。 Dev.to、2021。 https://dev.to/nodedoctors/an-animated-guide-to-nodejs-event-loop-3g62 で入手可能です。アクセス日: 8 月 29 日2024.

ノードドクターズ。アニメーション化された Node.js イベント ループ フェーズ。 Dev.to、2022。 https://dev.to/nodedoctors/animated-nodejs-event-loop-phases-1mcp で入手可能です。アクセス日: 8 月 29 日2024.

NODE.JS.クラスタ。 Node.js、2023。https://nodejs.org/api/cluster.html で入手可能です。アクセス日: 8 月 29 日2024.