Node.js às vezes é chamado de "single-threaded", uma palavra que pode ser desconcertante e até mesmo assustadora para desenvolvedores acostumados a ambientes multithread, como Java ou .NET. No entanto, a verdade de como o Node.js lida com os trabalhos é muito mais complexa e poderosa do que este simples termo implica. Neste blog, veremos a arquitetura do Node.js, o que significa ser single-threaded e como o Node.js alcança excelente desempenho com sua abordagem exclusiva de manipulação de tarefas.

O loop de eventos de thread único: O que realmente significa Node.js é construído no mecanismo JavaScript V8, que executa código JavaScript em um único thread. É daí que vem o rótulo "single-threaded". No entanto, isso não significa que o Node.js possa fazer apenas uma coisa de cada vez. A verdadeira magia do Node.js está em seu modelo de E/S sem bloqueio e orientado a eventos, que permite lidar com muitas tarefas simultaneamente sem a necessidade de vários threads.

• Loop de eventos:
  O loop de eventos está no centro do Node.js. Ele monitora continuamente a pilha de chamadas e a fila de eventos, processando tarefas à medida que são concluídas. Se uma tarefa não for bloqueadora (como ler um arquivo ou fazer uma solicitação HTTP), o Node.js a transfere para o loop de eventos, permitindo que o thread principal continue executando outro código.

• E/S sem bloqueio:
  Node.js foi projetado para lidar com operações de E/S de forma assíncrona. Isso significa que quando uma tarefa como ler um arquivo ou consultar um banco de dados é iniciada, o Node.js não espera que ela termine antes de prosseguir. Em vez disso, ele continua processando outras tarefas e verificando a operação de E/S posteriormente. Essa abordagem permite que o Node.js lide com um grande número de operações ao mesmo tempo, tornando-o ideal para aplicativos vinculados a E/S.

Multithreading em Node.js: Indo além do loop de eventos Embora o próprio Node.js seja executado em um único thread, isso não significa que os aplicativos Node.js estão limitados ao desempenho de thread único. O Node.js fornece maneiras de executar multithreading quando necessário, permitindo que os desenvolvedores lidem com tarefas vinculadas à CPU de maneira mais eficaz.

• Tópicos de trabalho:
  Introduzidos no Node.js 10.5.0, os threads de trabalho permitem que o JavaScript seja executado em paralelo em vários threads. Isso é particularmente útil para operações com uso intensivo de CPU que, de outra forma, bloqueariam o thread principal. Com threads de trabalho, você pode delegar cálculos pesados ​​para threads separados, garantindo que seu aplicativo permaneça responsivo.

• Processos filhos:
  Outra maneira de obter simultaneidade no Node.js é por meio de processos filhos, que são processos separados que podem lidar com tarefas de forma independente. Embora sejam executados fora do processo principal do Node.js, eles podem se comunicar com ele por meio de comunicação entre processos (IPC). Os processos filhos são úteis para tarefas como processamento paralelo ou execução de scripts em outras linguagens.

• Módulo de cluster:
  O Node.js também oferece o módulo cluster, que permite criar várias instâncias (trabalhadores) do seu aplicativo Node.js. Cada trabalhador é executado em um thread separado e pode lidar com solicitações de forma independente. Esta é uma abordagem comum para dimensionar aplicativos Node.js em vários núcleos de CPU, fazendo melhor uso dos recursos do sistema.

Impacto no mundo real: Por que o Node.js é rápido apesar de ser de thread único. A natureza single-thread do Node.js é muitas vezes mal interpretada como uma limitação, mas na prática, é uma das razões para o seu desempenho impressionante. Ao evitar as complexidades e sobrecargas associadas ao multithreading tradicional, o Node.js alcança alta eficiência, especialmente no tratamento de tarefas vinculadas a E/S.

• Uso eficiente de recursos:
  A arquitetura orientada a eventos do Node.js garante que ele não desperdice recursos esperando a conclusão das operações de E/S. Essa eficiência é a razão pela qual o Node.js é frequentemente escolhido para aplicativos em tempo real, como servidores de bate-papo, serviços de streaming e APIs que exigem o tratamento de milhares de conexões simultâneas.

• Desenvolvimento simplificado:
  O modelo de thread único simplifica o desenvolvimento, eliminando os desafios associados ao gerenciamento de threads, como impasses e condições de corrida. Os desenvolvedores podem escrever código assíncrono sem se preocupar com os detalhes intrincados do multithreading, facilitando a criação de aplicativos escalonáveis.

• Escalabilidade:
  A capacidade do Node.js de lidar com muitas conexões simultâneas sem a necessidade de multithreading significa que ele é bem dimensionado em ambientes onde as operações de E/S dominam. Quando as tarefas vinculadas à CPU se tornam um gargalo, o Node.js fornece ferramentas como threads de trabalho e clustering para escalar horizontalmente em vários núcleos, garantindo que seu aplicativo possa lidar com o aumento de carga.

Conclusão
O Node.js pode ser de thread único em seu núcleo, mas sua arquitetura foi projetada para lidar com a simultaneidade com facilidade. O loop de eventos e a E/S sem bloqueio possibilitam o gerenciamento de muitas tarefas simultaneamente, enquanto threads de trabalho, processos filhos e clustering fornecem energia adicional quando o multithreading é necessário. Essa combinação de simplicidade e eficiência é o que torna o Node.js uma escolha popular para a construção de aplicativos escaláveis ​​e de alto desempenho.

Entender como o Node.js lida com tarefas pode ajudá-lo a aproveitar ao máximo seus recursos, esteja você construindo uma API pequena ou um aplicativo complexo em tempo real. Ao aproveitar os pontos fortes exclusivos do Node.js, você pode criar aplicativos responsivos e eficientes, capazes de atender às demandas do desenvolvimento de software moderno.