Node.js是什么？

Node.js最初開始于2009年，讓JavaScript代碼離開瀏覽器的執(zhí)行環(huán)境也可以執(zhí)行

可以將Node.js理解為一個(gè)將多種技術(shù)組合起來的平臺(tái)，可以使用JavaScript調(diào)用系統(tǒng)接口，開發(fā)后端應(yīng)用

既然說到將多種技術(shù)組合起來，那么可以先看看Node.js用到了哪些技術(shù)

node v1.0.png

圖片是nodejs v1.0也就是最早發(fā)布的node版本下的deps文件，也就是nodejs所用到的依賴

• cares：用C-ares做域名解析
• gtest：是C/C++的單元測(cè)試框架
• http-parser：用來解析http
• npm：包管理工具
• openssl：用來解析https
• uv：一個(gè)跨平臺(tái)的異步I/O庫(kù)
• v8：google開發(fā)的js引擎，為js提供運(yùn)行環(huán)境
• zlib：用來做加密

那么這些技術(shù)又是怎么進(jìn)行組合的呢，再看看Node.js的技術(shù)架構(gòu)

node技術(shù)架構(gòu).png

將Node.js分成三層

• 首先最上層是node api，提供http模塊、流模塊、文件模塊等等，可以使用js直接調(diào)用
• 中間層node bindings主要是使js和C/C++進(jìn)行通信
• 最下面這一層是支撐nodejs運(yùn)行的關(guān)鍵，主要由v8、libuv、c-ares等模塊組成，向上一層提供api服務(wù)

相信我們或多或少都接觸過第一層Node api，剛剛也通過Node安裝的依賴初步了解了最下層的模塊具有什么功能，那么中間的這個(gè)Node bindings又是什么呢？

什么是Node bindings？

背景：C/C++實(shí)現(xiàn)了一個(gè)用來解析http的庫(kù)http-parser，非常高效，可是對(duì)于只會(huì)寫js的程序員非常的不友好，因?yàn)闆]有辦法直接去調(diào)用這個(gè)C/C++的庫(kù)，這兩個(gè)語(yǔ)言連最基本的數(shù)據(jù)類型都不一樣，還怎么做朋友
結(jié)論：js無(wú)法直接調(diào)用C++的庫(kù)，需要一個(gè)中間的橋梁（調(diào)用途徑）

那么bindings需要怎么實(shí)現(xiàn)呢？
Node.js的作者Ryan做了一個(gè)中間層處理

• Node.js用C++對(duì)http-parse進(jìn)行封裝，使它符合某些要求（比如統(tǒng)一數(shù)據(jù)類型），封裝好的文件叫做http_parse_binding.cpp
• 用Node.js提供的編譯工具將其編譯為.node文件
• js代碼可以直接通過require關(guān)鍵字引入這個(gè).node文件

這樣js就能夠調(diào)用C++庫(kù)，這個(gè)中間的橋梁就是bindings，由于node提供了很多binding，所以就叫做node bindings

JS如何與C++通信？

• JS調(diào)用C++代碼

// test.js
const addon = require('./build/Release/addon');

console.log('This should be eight:', addon.add(3, 5));

上面是js調(diào)用，再來看看C++代碼（已被編譯）

// addon.cc
#include <node.h>

namespace demo {

using v8::Exception;
using v8::FunctionCallbackInfo;
using v8::Isolate;
using v8::Local;
using v8::NewStringType;
using v8::Number;
using v8::Object;
using v8::String;
using v8::Value;

// 這是 "add" 方法的實(shí)現(xiàn)。
// 輸入?yún)?shù)使用 const FunctionCallbackInfo<Value>& args 結(jié)構(gòu)傳入。
void Add(const FunctionCallbackInfo<Value>& args) {
  Isolate* isolate = args.GetIsolate();

  // 檢查傳入的參數(shù)的個(gè)數(shù)。
  if (args.Length() < 2) {
    // 拋出一個(gè)錯(cuò)誤并傳回到 JavaScript。
    isolate->ThrowException(Exception::TypeError(
        String::NewFromUtf8(isolate, 
                        "參數(shù)的數(shù)量錯(cuò)誤",
                            NewStringType::kNormal).ToLocalChecked()));
    return;
  }

  // 檢查參數(shù)的類型。
  if (!args[0]->IsNumber() || !args[1]->IsNumber()) {
    isolate->ThrowException(Exception::TypeError(
        String::NewFromUtf8(isolate, 
                        "參數(shù)錯(cuò)誤",
                            NewStringType::kNormal).ToLocalChecked()));
    return;
  }

  // 執(zhí)行操作
  double value =
      args[0].As<Number>()->Value() + args[1].As<Number>()->Value();
  Local<Number> num = Number::New(isolate, value);

  // 設(shè)置返回值 (使用傳入的 FunctionCallbackInfo<Value>&)。
  args.GetReturnValue().Set(num);
}

void Init(Local<Object> exports) {
  NODE_SET_METHOD(exports, "add", Add);
}

NODE_MODULE(NODE
_GYP_MODULE_NAME, Init)

}  // 命名空間示例

Nodejs封裝的插件開放一些對(duì)象和函數(shù)，供運(yùn)行在Node.js中的JS訪問，當(dāng)JS調(diào)用函數(shù)addon時(shí)，輸入?yún)?shù)和返回值與C/C++代碼相互映射，統(tǒng)一封裝處理。這樣就可以直接在Node.js中引入并使用

• C++調(diào)用JS回調(diào)

// test.js
const addon = require('./build/Release/addon');
// 傳入一個(gè)函數(shù)
addon((msg) => {
  console.log(msg);
// 打印: 'hello world'
});

傳入C++并執(zhí)行

// addon.cc
#include <node.h>

namespace demo {

using v8::Context;
using v8::Function;
using v8::FunctionCallbackInfo;
using v8::Isolate;
using v8::Local;
using v8::NewStringType;
using v8::Null;
using v8::Object;
using v8::String;
using v8::Value;

void RunCallback(const FunctionCallbackInfo<Value>& args) {
  Isolate* isolate = args.GetIsolate();
  Local<Context> context = isolate->GetCurrentContext();
  Local<Function> cb = Local<Function>::Cast(args[0]);
  const unsigned argc = 1;
  // 這里有一個(gè)c++方法，將args[0]也就是我們傳入的函數(shù)，轉(zhuǎn)化成c++看得懂的，用cb接收
  Local<Value> argv[argc] = {
      String::NewFromUtf8(isolate,
                          "hello world",
                          NewStringType::kNormal).ToLocalChecked() };
  // 調(diào)用一下，傳入的函數(shù)就被調(diào)用了，打印出hello world
  cb->Call(context, Null(isolate), argc, argv).ToLocalChecked();
}

void Init(Local<Object> exports, Local<Object> module) {
  NODE_SET_METHOD(module, "exports", RunCallback);
}

NODE_MODULE(NODE_GYP_MODULE_NAME, Init)

}

在這個(gè)例子中，回調(diào)函數(shù)被同步地調(diào)用，要知道C++是看不懂JS的，所以如何做中間層的封裝就交給這些node插件去做

有了這些Node.js提供的插件(node binding)，JS和C++就可以進(jìn)行交互了，也使JS的能力被大大的擴(kuò)展了

再回顧一下Node.js的技術(shù)架構(gòu)

node技術(shù)架構(gòu).png

剛剛詳細(xì)介紹了什么是Node bindings，它是如何工作的，接著再來看最下面一層功能模塊

下載.png

什么是V8

它是Google開發(fā)的js引擎，為js提供運(yùn)行環(huán)境
為啥是v8？它是現(xiàn)階段執(zhí)行js最快的一個(gè)引擎

那么v8的功能有哪些呢

• 將JS源代碼變成本地代碼并執(zhí)行
• 維護(hù)調(diào)用棧，確保JS函數(shù)的執(zhí)行順序
• 內(nèi)存管理，為所有對(duì)象分配內(nèi)存
• 垃圾回收，重復(fù)利用無(wú)用的內(nèi)存
• 實(shí)現(xiàn)JS的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)

逐個(gè)分析一下：

• 啥是本地代碼？其實(shí)本地代碼就是機(jī)器代碼，就比如說0和1，計(jì)算機(jī)看到這些代碼直接就可以執(zhí)行，不再需要借助其他的任何工具，非常的高效。V8在運(yùn)行之前將js編譯成了機(jī)器代碼
• JS函數(shù)的執(zhí)行順序是由v8引擎決定的
• 那么v8如何做內(nèi)存管理呢？比如說new一個(gè)對(duì)象，它的內(nèi)存在哪里，也是引擎來決定的
• 而垃圾回收，是因?yàn)閮?nèi)存是有限的，比如用了2k的內(nèi)存，用完了還得還回來給下一個(gè)程序用，所以目的就是為了重復(fù)利用
• 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)這個(gè)怎么理解？其實(shí)就是實(shí)現(xiàn)數(shù)組的sort，splice等等api，v8來實(shí)現(xiàn)，js來調(diào)用

需要注意的是：js是單線程的，而V8本身是多線程的，開一個(gè)線程執(zhí)行js，開一個(gè)線程清理內(nèi)存，然后再處理一些其他別的活兒，線程和線程之間毫無(wú)瓜葛

什么是libuv

背景：因?yàn)楦鱾€(gè)系統(tǒng)的I/O庫(kù)都不一樣，windows系統(tǒng)有IOCP，Linux系統(tǒng)有epoll。Node.js的作者Ryan為了將其整合在一起實(shí)現(xiàn)一個(gè)跨平臺(tái)的異步I/O庫(kù)，開始寫libuv

好了，背景說完了，啥是I/O？
例如：

• 從操作系統(tǒng)寫文件到硬盤
• 訪問網(wǎng)絡(luò)，從操作系統(tǒng)發(fā)出數(shù)據(jù)到別的服務(wù)器
• 打印連接打印機(jī)，從操作系統(tǒng)發(fā)指令給打印機(jī)

以上這些行為都是I/O，可以理解為系統(tǒng)和外界進(jìn)行交互的過程都叫I/O

而libuv會(huì)根據(jù)你是什么系統(tǒng)，自動(dòng)的選擇當(dāng)前系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)好了的異步操作（I/O）庫(kù)，用于TCP/UDP/DNS文件等的異步操作

• 比如操作TCP，我們都知道http是基于TCP/IP的，如果可以操作TCP那么，就可以做http的服務(wù)
• UDP，用于實(shí)時(shí)通信，常見的QQ聊天
• 解析DNS

包括讀文件、寫文件什么的，libuv都可以幫你管理。這樣I/O的部分就全部交給c語(yǔ)言去做，js完全不用管，甩手掌柜，負(fù)責(zé)調(diào)用就行了

v8和libuv在整個(gè)Node.js架構(gòu)的底層是最為重要的，其他功能就不做詳細(xì)介紹了

Node.js工作流程

Node.js工作流程

了解了Node Bindings、v8、還有libuv貌似可以把工作流程串一串了

Application就是咱們寫的代碼，把它放在v8上面去運(yùn)行。發(fā)現(xiàn)需要去讀一個(gè)文件，這時(shí)候libuv開一個(gè)線程去讀文件。讀完文件，操作系統(tǒng)會(huì)返回一個(gè)事件給event loop，event loop就把文件傳回給v8，再給到代碼

Emmm...
還是先了解一下Event Loop吧

images.jpeg

什么是Event Loop

Event Loop，是Event和Loop

• Event
  計(jì)時(shí)器到期了、文件可以讀取了、讀取出錯(cuò)了

比如說在js里面寫一個(gè)setTimeOut，10秒之后打印一行字，所以當(dāng)10秒鐘到了，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)事件，執(zhí)行回調(diào)
什么時(shí)候文件可以讀，什么時(shí)候文件可以寫，或者說讀取出錯(cuò)的時(shí)候，就需要操作系統(tǒng)生成一個(gè)事件（Event）告訴js，因?yàn)閖s啥也不知道
一般來說事件分兩種，內(nèi)部的和外部事件，比如計(jì)時(shí)器就是內(nèi)部事件，文件讀取就是外部的，因?yàn)槲募谟脖P上面，硬盤和操作系統(tǒng)又是分開的

• Loop
  Loop就是循環(huán)，由于事件分優(yōu)先級(jí)，所以處理起來也是分先后順序，所以Node.js需要按順序輪詢每種事件，輪詢是循環(huán)的

既然說到事件優(yōu)先級(jí)，舉個(gè)例子，有三種不同的事件

setTimeout(fn1, 100) // 計(jì)時(shí)器到期了
fs.readFile(‘/1.txt’, fn2) // 文件可以讀了
server.on(‘close’, fn3) // 服務(wù)器關(guān)閉了

以上三種事件如果同時(shí)發(fā)生，執(zhí)行順序是怎么樣的？

1. 執(zhí)行讀文件，文件來了立馬去讀
   因?yàn)槿绻募梢宰x了現(xiàn)在不讀，沒準(zhǔn)兒過會(huì)兒就不能讀了
2. 執(zhí)行服務(wù)器事件
   用戶請(qǐng)求進(jìn)來，可以稍微等一會(huì)兒，但是如果太久了也可能就不請(qǐng)求了
3. 執(zhí)行定時(shí)器的事件
   定時(shí)器可以拖一下

這個(gè)順序是人為規(guī)定的，接著循環(huán)

人為規(guī)定了一個(gè)優(yōu)先級(jí)也就是一個(gè)執(zhí)行順序，這個(gè)人為規(guī)定就是event loop

總結(jié)下來就是三句話

• 對(duì)不同的事件分優(yōu)先級(jí)
• node.js順序的去輪詢每一種事件
• 把這個(gè)過程看成循環(huán)圈

示意如圖：

圖片 4.png

timer：先看看有沒有計(jì)時(shí)器，有了執(zhí)行
I/O：有咩有其他沒有歸類的回調(diào)
Idle：空閑一會(huì)兒，清理戰(zhàn)場(chǎng)
Poll：輪詢階段，處理大部分的事件（文件可讀了？讀！http請(qǐng)求來了，處理?。?br> Check：處理setImmediate回調(diào)
Close callback：看看有沒有socket關(guān)閉的回調(diào)
------------循環(huán)-----------------
但是node.js不傻，不會(huì)一直循環(huán)循環(huán)，如果發(fā)現(xiàn)沒什么事兒做，就會(huì)停留在poll（輪詢）階段

輪詢的階段呢，會(huì)看看有沒有文件可以讀，有沒有請(qǐng)求可以處理，就等著，時(shí)不時(shí)的看看有沒有新的代碼，或者檢查一下最近的計(jì)時(shí)器，看看有沒有需要過會(huì)兒去執(zhí)行的callback

如果計(jì)時(shí)器事件要處理了，我再?gòu)南鲁霭l(fā)，繞回timers

Node.js大部分時(shí)間都會(huì)停留在poll階段，大部分事件都在poll階段被處理，如文件、網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求

相信大家對(duì)Event Loop有了一個(gè)初步的了解和認(rèn)識(shí)，那么看回Node.js工作流程

Node.js工作流程

1. Application就是咱們寫的代碼，把它放在v8上面去運(yùn)行
2. 運(yùn)行的過程中，發(fā)現(xiàn)我們寫了個(gè)setTimeout，v8就會(huì)調(diào)用Node.js的bindings，把這個(gè)settimeout放進(jìn)Even loop里面
3. Event loop就會(huì)等待適合的時(shí)機(jī)去發(fā)送一個(gè)事件去執(zhí)行這些js代碼，接著循環(huán)等待，一般停留在poll階段久一些
4. 發(fā)現(xiàn)需要去讀一個(gè)文件，這時(shí)候Event loop就會(huì)通過libuv開一個(gè)線程去專門做讀文件這事兒
5. 讀完文件，操作系統(tǒng)會(huì)返回一個(gè)事件給Event loop，Event loop就把文件傳回給v8，最后給到代碼

需要注意js從頭至尾都不參與讀文件這個(gè)事情，libuv去讀
（可以看到最最重要的部分是libuv和v8，而我們寫的代碼只占小小的一部分）

一句話就是，代碼到v8，通過Node api 使用libuv和其他一些C/C++提供的功能去完成用戶所需要的功能
Nodejs將這些模塊進(jìn)行整合，所以說Node.js不是一門語(yǔ)言，就是一個(gè)平臺(tái)

下載 _1_.jpeg

最后的最后，回顧總結(jié)一下

• 用libuv進(jìn)行異步I/O操作
  Node.js是使用libuv進(jìn)行異步I/O操作，一般來說讀文件是一個(gè)同步的動(dòng)作，這時(shí)候有了libuv，Nodejs就把這活兒交給了libuv，讓libuv去讀這個(gè)文件，這時(shí)候Node.js就沒有什么事兒可以做了，等libuv讀完了發(fā)過來一個(gè)事件，Node.js再接手處理，這就是個(gè)很重要的異步過程
• 用Event loop管理事件處理順序
  基于libuv，Nodejs又實(shí)現(xiàn)了一個(gè)Even loop用來管理不同事件的處理順序
• 用C/C++庫(kù)高效處理DNS/HTTP…
  Nodejs還使用一些C++的庫(kù)，高效的處理了dns/http等常用功能，有了這些功能，基本上就可以處理文件，處理網(wǎng)絡(luò)等一些雜七雜八的事情
• 用bindings讓JS能和C/C++溝通
  咱們?cè)偃绾问褂胘s也使用這些功能呢，這時(shí)候bindings的價(jià)值就體現(xiàn)出來了，讓js能夠直接和c++溝通，直接require一下.node文件
• 用V8運(yùn)行JS
  接著Nodejs又引入了v8，讓js代碼離開瀏覽器的執(zhí)行環(huán)境也能夠運(yùn)行
• 用Node.js標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)簡(jiǎn)化JS代碼
  Node很貼心的給用戶準(zhǔn)備了很高效的庫(kù)，比如http，fs之類的，大大簡(jiǎn)化了你的js代碼

那么為啥nodejs可以高效的處理這些請(qǐng)求呢？因?yàn)橹苯邮褂胏語(yǔ)言的代碼，要比js快

這就是Node.js