Простой ответ: Node.js является однопоточным и разделяет этот один поток для имитации параллелизма, в то время как Elixir использует преимущества параллелизма и параллелизма, встроенные в BEAM, виртуальную машину Erlang. для одновременного выполнения процессов.

Ниже мы поймем эту разницу более подробно, изучив две ключевые концепции: цикл событий Node.js и виртуальную машину BEAM и OTP Elixir. Эти элементы имеют решающее значение для понимания того, как каждая технология справляется с выполнением асинхронных задач и как это влияет на производительность и масштабируемость в различных приложениях.

1. Что такое цикл событий?

Node.js работает в одном основном потоке и использует механизм, называемый циклом событий, для управления асинхронными операциями. Основная концепция заключается в том, что он проверяет наличие ожидающих обработки задач, таких как операции ввода-вывода, обещания и обратные вызовы, и выполняет их, когда они готовы.

1.1 Как это работает на практике:

Когда инициируется асинхронная операция (например, запрос к API), она делегируется libuv. Тем временем цикл событий продолжает принимать другие соединения.
Когда асинхронная операция завершается, libuv возвращает результат в очередь событий, затем цикл событий помещает обратный вызов, связанный с операцией, в стек вызовов.

1.2 Ограничения цикла событий:

• Если в стеке вызовов находится трудоемкая или ресурсоемкая задача, она может блокировать обработку других операций, снижая эффективность.

• Параллелизм ограничен, поскольку все выполняется в одном основном потоке.

2. BEAM VM и OTP

Elixir построен на виртуальной машине BEAM, той же виртуальной машине, на которой работает Erlang, известный своей способностью поддерживать высокий уровень параллелизма и отказоустойчивость. В отличие от Node.js, Elixir не зависит от одного потока. Вместо этого он использует чрезвычайно легкие и изолированные процессы, управляемые BEAM.

2.1 Как это работает на практике:

• Каждый процесс в Elixir независим, то есть они не используют общую память и не блокируют друг друга.
• Этими процессами управляет система BEAM, которая может создавать и управлять миллионами процессов одновременно, распределяя нагрузку между всеми доступными ядрами ЦП.
• Кроме того, Elixir поставляется с OTP (Open Telecom Platform), которая предоставляет набор библиотек и инструментов для создания надежных и распределенных систем.

2.2 Преимущества BEAM и OTP:

• Масштабируемость: BEAM может распределять процессы по всем ядрам ЦП, максимизируя использование ресурсов.
• Устойчивость: сбой процесса не влияет на другие процессы. Это позволяет строить отказоустойчивые системы.
• Реальная конкуренция: в отличие от цикла событий, который ограничен одним потоком, Elixir может запускать процессы по-настоящему параллельно, используя несколько ядер ЦП.

3. Сравнение Node.js и Elixir на практике

Представим себе сервер, которому необходимо обрабатывать тысячи одновременных подключений, каждое из которых выполняет асинхронные операции и некоторую тяжелую и трудоемкую обработку.

3.1 С Node.js:

• Сервер до некоторой степени эффективен, но по мере накопления тяжелых операций цикл событий начинает перегружаться. Хотя хорошее использование ресурсов, доступных в JS и Node может существенно помочь в повышении производительности: например, правильное использование async/wait и/или then/catch и встроенных ресурсов. например lib node:cluster
• Это может привести к задержкам в ответе на новые подключения, что приведет к значительному снижению производительности.

3.2 С Эликсиром:

• Каждым соединением может управлять отдельный процесс. Операциями ввода-вывода, вычислениями и даже сбоями можно управлять изолированно.
• BEAM эффективно распределяет нагрузку, обеспечивая бесперебойную работу системы даже при высоких нагрузках.
• При необходимости возможна связь между процессами посредством сообщения.
• Механизм упреждающего планирования BEAM.

Заключение

Node.js — отличный инструмент для многих приложений, особенно тех, которые выполняют простые асинхронные операции и не требуют интенсивной обработки ЦП. Однако его однопоточная модель параллелизма может стать узким местом в более сложных сценариях.

Elixir с BEAM VM и встроенной поддержкой облегченных процессов и массового параллелизма предлагает надежную и эффективную альтернативу для систем, которым необходимо обрабатывать большое количество одновременных операций и распределять нагрузку между несколькими ЦП потоками. Если вам нужна отказоустойчивость, масштабируемость и высокая степень параллелизма, Elixir — ваш выбор.

Хотя заголовок этой статьи смело предполагает, что Elixir и BEAM превосходят Node.js в асинхронной обработке, важно признать, что между этими технологиями существуют существенные различия. Решение о том, какой из них использовать, должно учитывать множество факторов, а не только обсуждаемые здесь параллелизм и параллелизм. Такие аспекты, как экосистема, знание командой языка, конкретные требования проекта и характер решаемых задач, играют решающую роль в выборе лучшего инструмента для работы. Ведь каждый сценарий имеет свои особенности, и выбор технологии должен осуществляться комплексно, с учетом всех потребностей и задач проекта.

Библиография

Темы:

Потоки — это наименьшие единицы выполнения программы. Во многих операционных системах процесс может содержать несколько потоков, каждый из которых выполняет свою часть программы. Потоки могут совместно использовать память и ресурсы, но это может привести к проблемам параллелизма, таким как условия гонки.

Соревнование:

Параллелизм — это способность системы выполнять несколько задач одновременно. В параллельной системе несколько задач могут выполняться независимо, даже если они не выполняются одновременно. Например, BEAM управляет конкурирующими процессами, которые работают независимо.

Цикл событий:

Цикл событий — это шаблон проектирования, используемый в таких системах, как Node.js, для управления асинхронными операциями. Он работает в одном потоке, циклически выполняя задачи, реагируя на такие события, как ввод-вывод и асинхронное выполнение, гарантируя, что программа продолжает отвечать во время ожидания длительных операций.

Параллелизм:

Параллелизм — это одновременное выполнение нескольких задач на разных ядрах ЦП. В отличие от параллелизма, который относится к управлению параллельными задачами, параллелизм предполагает фактическое выполнение этих задач одновременно. BEAM распределяет процессы по нескольким ядрам для максимизации параллелизма.

Легкие процессы:

В BEAM облегченные процессы представляют собой исполнительные блоки, которые гораздо эффективнее используют память и процессор, чем традиционные потоки. Они изолированы друг от друга и управляются системой BEAM, что позволяет создавать и управлять миллионами одновременных процессов.

Упреждающее планирование:

Упреждающее планирование — это система управления временем выполнения, в которой операционная система или виртуальная машина назначает временные интервалы каждому процессу, гарантируя, что ни один процесс не монополизирует ЦП. В BEAM это гарантирует честное выполнение всех процессов.

ЛУЧ ВМ:

BEAM (Абстрактная машина Erlang Богдана/Бьорна) — это виртуальная машина, на которой выполняется код Erlang и Elixir. Он известен своей способностью эффективно управлять легкими процессами, поддерживать массовый параллелизм и параллелизм, а также обеспечивать отказоустойчивость.

OTP (Открытая телекоммуникационная платформа):

OTP — это набор библиотек и шаблонов проектирования, поставляемых с Erlang и Elixir. Он предоставляет инструменты для создания параллельных, распределенных и отказоустойчивых систем, облегчающих разработку надежных и масштабируемых приложений.

Либув

— это кроссплатформенная библиотека, обеспечивающая поддержку асинхронных операций ввода-вывода в Node.js. Он отвечает за реализацию цикла событий и абстрагирование функций операционной системы, таких как сетевые операции, файловая система и потоки. libuv позволяет Node.js эффективно выполнять асинхронные задачи в одном потоке, используя внутренний пул потоков для операций блокировки, обеспечивая непрерывность основного цикла событий.

Операции ввода-вывода

Операции ввода-вывода (ввода/вывода) относятся к любому взаимодействию между программой и внешним миром, такому как чтение или запись файлов, связь с аппаратными устройствами или обмен данными по сети. Эти операции могут занять много времени и во многих системах выполняются асинхронно, чтобы предотвратить блокировку программы во время ожидания завершения операции.

Ссылки

ЭРЛАНГ. Краткий вводный курс по BEAM. Блог Erlang, 2020 г. Доступно по адресу: https://www.erlang.org/blog/a-brief-beam-primer/. Доступ: 29 авг. 2024.

ЭРЛАНГ. Начало работы с Erlang [PDF]. Эрланг.орг. Доступно по адресу: https://erlang.org/download/erlang-book-part1.pdf. Доступ: 29 авг. 2024.

УЗЕЛ.ВРАЧИ. Анимированное руководство по циклу событий Node.js. Dev.to, 2021 г. Доступно по адресу: https://dev.to/nodedocctors/an-animated-guide-to-nodejs-event-loop-3g62. Доступ: 29 авг. 2024.

УЗЕЛ.ВРАЧИ. Анимированные фазы цикла событий Node.js. Dev.to, 2022 г. Доступно по адресу: https://dev.to/nodedoctors/animated-nodejs-event-loop-phases-1mcp. Доступ: 29 авг. 2024.

NODE.JS. Кластер. Node.js, 2023 г. Доступно по адресу: https://nodejs.org/api/cluster.html. Доступ: 29 авг. 2024.