接下來要理解 Node.js 單執行緒模型及其非阻塞 I/O 機制，進一步加深對 Node.js 高效處理並發請求的認識。

Node.js 是單執行緒的?

Node.js 採用了 單執行緒模型，所以全部的 JavaScript 代碼都在同一個執行緒中執行。但這個模型並不會限制 Node.js 的並發處理能力，因為它利用了非阻塞 I/O 和事件驅動架構來高效處理多個請求。

• 單執行緒： 所有的 JavaScript 執行都在同一個執行緒上進行，避免了多執行緒下的競爭條件的問題。
• 非阻塞 I/O： 雖然代碼在單執行緒上執行，但 I/O 操作（如文件讀寫、網路請求）並不會阻塞這個執行緒。

非阻塞 I/O 概念

Node.js 使用非阻塞 I/O 來實現高效的並發處理。當執行 I/O 操作時（例如讀取文件或處理網絡請求），Node.js 不會等待操作完成，而是繼續處理其他請求。

• 阻塞 I/O： 在傳統模型中，I/O 操作會阻塞執行緒，直到操作完成。這會導致系統無法同時處理多個請求。
• 非阻塞 I/O： Node.js 採用非阻塞方式來處理 I/O 操作，當 I/O 完成後會以事件的形式通知應用程式，這樣可以同時處理多個 I/O 任務。

單執行緒如何處理並發？

Node.js 的單執行緒模型與非阻塞 I/O 使其能夠高效處理大量的並發請求。這是透過事件循環 和 回調函數 來完成的。當 I/O 操作完成後，對應的回調函數會被放入事件循環中執行，這樣單一執行緒也能高效管理大量的任務。

CPU 密集型任務的挑戰

雖然非阻塞 I/O 適合處理 I/O 密集型任務，但對於 CPU 密集型任務（如大量數據計算），Node.js 的單執行緒模型可能會帶來性能的瓶頸。這時候可以考慮使用以下的解決方式：

• 子進程（Child Processes）： 將 CPU 密集型任務交給子進程來去處理。
• 工作者執行緒（Worker Threads）： Node.js 內建的多執行緒支持，適合計算密集的任務。

非阻塞文件讀取與阻塞操作的對比

接下來要利用一個範例來表示非阻塞和阻塞操作這兩者的區別。
非阻塞文件讀取的範例：

js
const fs = require('fs');

console.log('Start reading file...');

fs.readFile('example.txt', 'utf8', (err, data) => {
  if (err) throw err;
  console.log('File content:', data);
});

console.log('Continue with other tasks...');

實際打入 Node.js ，執行結果會如下：

阻塞文件讀取的範例：

js
const fs = require('fs');

console.log('Start reading file...');

const data = fs.readFileSync('example.txt', 'utf8');
console.log('File content:', data);

console.log('Continue with other tasks...');

實際打入 Node.js ，執行結果會如下：

在非阻塞版本中，文件讀取操作不會阻塞主執行緒，程序會繼續執行其他代碼。而在阻塞版本中，程序必須等到文件讀取完成後才繼續執行後面的代碼。

單執行緒與多執行緒的對比

Node.js 的單執行緒模型相比傳統的多執行緒模型有一些優點和挑戰：
** 優點** :

• 不需要處理複雜的執行緒同步問題(像是Deadlock)。
• 使用事件驅動和非阻塞 I/O，能夠高效地處理 I/O 密集型任務。
  ** 挑戰** :
• 若處理更高難度的 CPU 密集型任務可能會有性能瓶頸。
• 需要合理設計程序以避免阻塞事件循環。

總結

今天我們深入探討了 Node.js 的單執行緒模型與非阻塞 I/O 機制，了解了它如何在單一執行緒上高效地處理多個並發請求而不被阻塞。這些概念剛好應證了 Node.js 在處理 I/O 密集型任務時的高效性與靈活性，而且還能夠承受高並發的應用程式。在後續的實作中，將運用這些理論知識，設計出更具可擴展性和效能的應用。