nodejs

Node.js? is a JavaScript runtime built on Chrome's V8 JavaScript engine. Node.js uses an event-driven, non-blocking I/O model that makes it lightweight and efficient.

Node.js官網上的介紹，其中事件驅動非阻塞I/O模型是被大家所津津樂道的，但是有多少人真正了解其究竟呢？有人可能會想到libuv，沒錯，libuv確實是其幕后英雄。那么問題又來了，到底是怎么用libuv實現(xiàn)的呢？下面我們來一探究竟。

libuv

libuv當初主要就是為Node.js開發(fā)的，提供跨平臺的事件驅動異步I/O能力，當然現(xiàn)在肯定不僅限于Node.js使用。我們先來看一下libuv的Design overview。

architecture

從架構圖上看，libuv是對多個平臺上的事件驅動異步I/O庫進行了封裝，如Linux下的epoll、FreeBSD下的kqueue、Solaris下的event ports、Windows下的IOCP。

loop_iteration

上圖所描述的事件循環(huán)是libuv中最重要的概念，其中的Poll for I/O就是事件驅動異步I/O能力的核心。到這里我們有必要先了解一些基礎知識，Linux IO模式及 select、poll、epoll詳解，否則后面的東西就不是特別好理解了。

正題

經過前面的學習，應該對libuv有了一個整體的印象，總結一下， libuv其實就是把各種handle和io_watcher放到事件循環(huán)里，然后每一次循環(huán)都去檢查一下是否有他們關心的事件需要處理，有則調用相應的callback，沒有則繼續(xù)循環(huán)。要想弄清楚Node.js之異步那些事，我們需要關心的是，Node.js如何運行事件循環(huán)，何時把handle和io_watcher放入事件循環(huán)，以及如何調用相應的callback。

開始之前，本次分析的代碼版本為Node.js v0.12.6，Linux平臺。

Run

node.cc中Start方法運行事件循環(huán)，精華部分如下。唯一有些特別的地方就是，在一個while循環(huán)中包了兩個uv_run，模式分別是UV_RUN_ONCE和UV_RUN_NOWAIT，其原因在中間的兩行注釋中已經說得很明白了。

...
    bool more;
    do {
      more = uv_run(env->event_loop(), UV_RUN_ONCE);
      if (more == false) {
        EmitBeforeExit(env);

        // Emit `beforeExit` if the loop became alive either after emitting
        // event, or after running some callbacks.
        more = uv_loop_alive(env->event_loop());
        if (uv_run(env->event_loop(), UV_RUN_NOWAIT) != 0)
          more = true;
      }
    } while (more == true);
...

然后我們可以看看core.c中uv_run方法的代碼，跟上面事件循環(huán)的流程圖是可以一一對應的。

Data Structure

繼續(xù)看代碼之前，有必要先了解一下重要的數(shù)據(jù)結構和相互的關系，以便更好的理解。

Data Structure

io_watcher

接著我之前文章Node.js之HelloWorld背后的大坑的思路，還拿Hello World舉例子，跟libuv有關的代碼都在tcp_warp.cc里面了。

• TCPWrap::New

New

stream.c中uv__stream_init方法有如下代碼，將io_watcher的cb設置為uv__stream_io，fd設置為-1，這里只是在stream層面做的初始化設置，后面到tcp層面還會有相應的改變。

  uv__io_init(&stream->io_watcher, uv__stream_io, -1);

• TCPWrap::Bind

Bind

tcp.c的maybe_new_socket方法中，uv__socket方法生成了新的fd，uv__stream_open方法將其設置到io_watcher的fd。

• TCPWrap::Listen

Listen

tcp.c的uv_tcp_listen方法中有如下代碼，將io_watcher的cb設置為uv__server_io，uv__server_io里面會調用connection_cb，connection_cb已經被設置為cb，而這個cb正是tcp_wrap.cc中的TCPWrap::OnConnection方法。

...
  tcp->connection_cb = cb;

  /* Start listening for connections. */
  tcp->io_watcher.cb = uv__server_io;
  uv__io_start(tcp->loop, &tcp->io_watcher, UV__POLLIN);
...

core.c中uv__io_start方法有如下代碼，利用void* watcher_queue[2]變量將io_watcher加入到uv_loop_t的隊列中去，具體操作詳見queue.h。將uv_loop_t的uv__io_t** watchers當做數(shù)組使用，fd為下標，io_watcher為對應的值。

...

  if (QUEUE_EMPTY(&w->watcher_queue))
    QUEUE_INSERT_TAIL(&loop->watcher_queue, &w->watcher_queue);

  if (loop->watchers[w->fd] == NULL) {
    loop->watchers[w->fd] = w;
    loop->nfds++;
  }
...

uv__io_poll

linux-core.c中的uv__io_poll方法，一行一行的讀就可以了，前面的鋪墊已經做得很充分了，只要讀懂謎底便可揭曉。

未完

• 接下來我們來說說process.nextTick(callback)的事，在node.js中定義如下，把callback放到了nextTickQueue隊列中，那么Node.js是在什么時候消費這個隊列的呢？

    function nextTick(callback) {
      // on the way out, don't bother. it won't get fired anyway.
      if (process._exiting)
        return;

      var obj = {
        callback: callback,
        domain: process.domain || null
      };

      nextTickQueue.push(obj);
      tickInfo[kLength]++;
    }

• tcp_wrap.cc中TCPWrap::OnConnection方法有如下代碼，MakeCallback方法的出處如下圖。

  tcp_wrap->MakeCallback(env->onconnection_string(), ARRAY_SIZE(argv), argv);

MakeCallback

• async-wrap.cc中MakeCallback方法有如下代碼。

  env()->tick_callback_function()->Call(process, 0, NULL);

• node.cc中SetupNextTick方法有如下代碼，對tick_callback_function()進行了設定。

  env->set_tick_callback_function(args[1].As<Function>());

• node.cc中SetupProcessObject方法有如下代碼，SetupNextTick被設定為process中的_setupNextTick方法。

  NODE_SET_METHOD(process, "_setupNextTick", SetupNextTick);

• node.js中startup.processNextTick方法有如下代碼。

  process._setupNextTick(tickInfo, _tickCallback, _runMicrotasks);

• node.js中_tickCallback方法代碼如下，消費nextTickQueue隊列中的callback方法。

    function _tickCallback() {
      var callback, threw, tock;

      scheduleMicrotasks();

      while (tickInfo[kIndex] < tickInfo[kLength]) {
        tock = nextTickQueue[tickInfo[kIndex]++];
        callback = tock.callback;
        threw = true;
        try {
          callback();
          threw = false;
        } finally {
          if (threw)
            tickDone();
        }
        if (1e4 < tickInfo[kIndex])
          tickDone();
      }

      tickDone();
    }

省略去中間步驟，實際上是產生了如下的調用關系。

TCPWrap::OnConnection()
↓↓↓
_tickCallback()

總結

簡單說，整個過程是這樣的，事件循環(huán)中有相應I/O事件發(fā)生的時候，libuv調用Node.js C++部分的回調，C++部分調用JavaScript部分的回調，順便調用nextTick設定的回調。

還是認真讀代碼吧，以上寫的僅供參考。