EA2013 Principes et canvas de programmation evenementiels

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node.js, Nginx twisted et tornado

Présentation

Keywords

Event-base programming, Node.js,Twisted, Tornado, Nginx

Abstract

In computer programming, event-based programming is a programming paradigm in which the flow of the program is determined by events like sensor outputs or user actions (mouse clicks, key presses) or then messages from other programs or threads. It exists some programming canvas to implement this kind of programming paradigm, Node.js, Twisted and nginx will be present here.

Résumé

En informatique, une programmation événementielle se dit d'un paradigme de programmation fondé sur les événements. Elle s'oppose à la programmation séquentielle. Le programme sera principalement défini par ses réactions aux différents événements qui peuvent se produire, c'est-à-dire des changements d'état de variable, par exemple l'incrémentation d'une liste, un mouvement de souris ou de clavier. Il existe de nombreux canvas de présentation permettant ce type de programmation,Node.js, Twisted et nginx seront présentés ici.

Motivations

Node.js arrive chez Linked'In

Le premier avantage: les performances dans une application riche

Pour l' application mobile en HTML5, le réseau social utilisait 30 serveurs pour gérer l'application avec le framework Ruby on rails. Pour des raisons de performances la société a choisit d'utiliser un canvas de programmation événementielle et ont choisit la technologie Node.js. Résultat la nouvelle application sous Node.js n'exigeais que 3 serveurs avec une amélioration des performances jusqu'à 20 fois avec certains scénarios.

Regroupement des équipes

Le second aspect est la possibilité qui est offerte aux ingénieurs front-end JavaScript de pouvoir participer au code du serveur. Les deux équipes ont finalement été fusionnées en une seule au sein de l'entreprise.

Nginx numéro 2 en 5 ans

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Part des différentes solutions de serveurs web de 2000 à 2013

Apache la solution historique est le leader des logiciels serveurs webs dans le monde avec une part de marché d'environ 60% depuis 10 ans. la solution IIS de Microsoft, historiquement 2éme du marché a quant à elle perdu au fur et à mesure des part de marché de (25% en 2000 à 10% en 2013).

Seul Nginx et Google web server progressent et gagne des parts de marché. Google ne partage ni ne commercialise sa solution et sa progression ne reflète que la croissance de la société et l'importance de sa présence sur le Web. Nginx est un serveur web open-source événementiel qui en cinq ans est devenus la seconde solution de serveur web, ce qui démontre l’intérêt consacré et de l'importance de la programmation événementielle.

La Programmation événementielle

Le principe

  • Un seul thread avec une boucle événementielle qui capte et traite les événements
  • Il faut rendre la main rapidement à la boucle principale pour ne pas monopoliser le thread sur une tâche.
  • Il n'y a pas d’appels bloquants
  • Il faut déléguer les gros calculs pour avoir de bonnes performances par la création de threads pour effectuer ces calculs ou encore passer par la clusterisation pour répartir la charge.

L'analogie du roi

“Le roi ordonne à ses messagers, qui reviennent dès qu'ils le peuvent, et le roi traite les réponses au fur et à mesure, une à la fois.”

Le roi correspond ici à notre boucle mono-thread, et les messagers sont des requêtes lancées par le programme, par exemple la lecture d'un fichier local, une requête sur une base de donnée. La boucle principale n'attend pas la réponse de ces requêtes comme le ferais un programme séquentiel mais les traite au fur et à mesure qu'ils retournent leurs résultat.

Conséquences

1 //lecture de 3 fichiers
2 fs.readFile('fichier1', /* ... */ );
3 fs.readFile('fichier2', /* ... */ );
4 fs.readFile('fichier3', /* ... */ );
5 
6 //Impossible de prédire 
7 //l'ordre de réponse

L’exécution des lignes 2, 3, 4 ne sera pas séquentiel, le traitement de la ligne 4 peut très bien se terminer avant le traitement de la ligne 2 ou 3. Il est donc possible d'avoir un traitement des fichiers dans n'importe quel ordre (fichier 3,1,2 par exemple).

Solutions existantes

Les principales solutions

Serveur web uniquement

  • NginX: logiciel de serveur Web

Plateformes d’applications

  • Node.js: (Javascript) La plateforme la plus utilisée en 2013 qui possède une communauté importante.
  • Twisted: (Python) Solution historique en perte de vitesse.
  • Tornado: (Python) Projet récent en pleine expansion mené par Facebook.


Possibilité de combiner Nginx avec ces plateformes d'applications pour accroître les performances (Nginx + Node, Nginx + Tornado).

10 000 req/s avec NginX

Benchmark Nginx


Ces deux graphes comparent les deux principaux logiciels de serveur web libre du marché: Apache et Nginx. Apache est séquentiel tandis que Nginx s'appuie sur la programmation événementielle. Ce benchmark mesure l’efficacité de ces deux logiciel en fonction du nombre de requête traitées et de la consommation mémoire en fonction du nombre de client simultanés. Le résultat est très sévère pour Apache sur ces deux plans, cependant les requêtes sont faites sur un simple fichier statique, Avec des données dynamique la différence est moins évidente. NginX est donc une excellente solution pour des applications nécessitant de nombreux fichiers statiques.

Node.js

  • Plateforme d'application open-source basé sur le moteur V8 de chrome.
  • Technologie récente avec 2 ans d’existence
  • Node.js utilise le langage Javascript ainsi que CoffeeScript.
  • Node permet un accès bas niveau
  • Nombreux Frameworks haut niveaux pour accélerer le dévloppement: Express, Sails.js
  • Gestionnaire d’extensions de qualité (npm) alimenté par la communauté

Démonstration

Hello Node.js

Un Simple Hello world avec Node.js, plateforme d'application javascript.

var http = require('http');
var url = require('url');

http.createServer(function (request, response) {
   response.writeHead(200, {'Content-Type': 'text/plain'});
   response.write('Hello Node.js !');
   response.end();
}).listen(4242);

console.log('Server started');

Résultat:

 >> Hello Node.js !

Un exemple illustrant le paradigme événementiel

Ce second exemple reprend le code précédent en ajoutant de la lecture de fichier pour illustrer le paradigme événementiel de Node.js.

1 var http = require('http');
2 var fileSystem = require('fs');
3
4 http.createServer(function (request, response) {
5
6    function writeCallback(data){
7        response.write(data);
8    }
9
10   function closeCallback(){
11       response.end();
12   }
13
14   response.writeHead(200, {'Content-Type': 'text/plain'});
15   var read_stream = fileSystem.createReadStream('myfile.txt'); // Lecture du fichier myfile.txt
16   read_stream.on('data', writeCallback); //Ajout de listeners sur la lecture de fichier
17   read_stream.on('close', closeCallback);
18   response.write('Cette ligne est exécuté avant la fin de la lecture du fichier <br>');
19
20 }).listen(4242);
21 console.log('Server started');

Résultat:

>> Cette ligne est exécuté avant la fin de la lecture du fichier
>> Contenu du fichier myfile.txt

Le temps de lecture étant considérable, la ligne 18 a pu être exécutée avant que la lecture de fichier (ligne 15) n'ai pu terminer son traitement.

Conclusion

La programmation événementielle:

  • Nécessite une bonne compréhension du paradigme événementiel et des bonnes pratiques à mettre en place.
  • Avantages de performances pour:
    • Application avec beaucoup de contenus statique (css, images, fichier javascript)
    • Application à forte sollicitations de fichiers (Bases de données ou API externes)
  • Particulièrement utile pour les applications temps réel, de streaming, ou plus généralement pour les applications webs riches.

Références

  • Programmation événementielle [1]
  • Node chez linkedin [2]
  • Site officiel de node.js [3]
  • Part de marchés des serveurs [4]
  • Benchmark Nginx [5]
  • Présentation de node: [6]
  • Ressources pour la démonstration: [7]