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node是在前端領(lǐng)域經(jīng)常看到的詞。node對(duì)于前端的重要性已經(jīng)不言而喻，掌握node也是作為合格的前端工程師一項(xiàng)基本功了。知道node、知道后端的一些東西，才能更好的與別人合作，發(fā)揮更大的價(jià)值。

概述

本文主要介紹了我對(duì)node的一些核心特性的理解，包括node架構(gòu)、特點(diǎn)、機(jī)制、核心模塊與簡(jiǎn)單應(yīng)用。

正文

從瀏覽器到node

首先，node是一個(gè)平臺(tái)，使用javascript作為編程語(yǔ)言，運(yùn)行在服務(wù)端。服務(wù)端語(yǔ)言能做的，node一般都能做，而且有些情況下做的更好，因?yàn)樗哂凶约旱奶厣?/p>

node是javascript運(yùn)行環(huán)境（runtime），就像瀏覽器一樣，是一個(gè)平臺(tái)。在瀏覽器中，V8引擎負(fù)責(zé)解釋javascript，你在javascript調(diào)用的接口都是瀏覽器實(shí)現(xiàn)并提供的，瀏覽器會(huì)調(diào)用底層的、由其他語(yǔ)言（C++）實(shí)現(xiàn)并封裝好的接口來(lái)完成任務(wù)；同樣，在node中，也是V8引擎負(fù)責(zé)解釋javascript，而你在javascript調(diào)用的瀏覽器提供的接口就不能用了，因?yàn)樗撾x了瀏覽器的環(huán)境，但是因?yàn)槟阍趎ode環(huán)境中，你就可以使用node提供的由C++語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的、由javascript封裝好的各種接口來(lái)完成后端任務(wù)。瀏覽器提供的API用于處理前端任務(wù)，比如彈個(gè)窗，換個(gè)主題，處理用戶(hù)操作等，而node因?yàn)榉?wù)后端，因此提供的API則用來(lái)處理后端任務(wù)，比如響應(yīng)請(qǐng)求，讀取文件等，這些API由不同的模塊提供。因?yàn)殛P(guān)注領(lǐng)域不一樣，因此所做的任務(wù)就不一樣，提供的API就不一樣，但是原理、相關(guān)實(shí)現(xiàn)大致與瀏覽器端相同。

從瀏覽器到node這一塊如果想了解更多，推薦IBM的文章node.js到底是什么？

node 架構(gòu)

node架構(gòu)分為三層（參考鏈接）：

圖片來(lái)源

• Node standard library：node標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，也就是node模塊提供各種接口的javascript實(shí)現(xiàn)，任何javascript代碼、npm install 或者你寫(xiě)的模塊都在這里
• Node bindings：包括C/C++ bindings（膠水代碼）和Add on（添加其他C/C++庫(kù)時(shí)需要自己寫(xiě)的Bindings），這一層向下封裝了V8和libuv接口，向上提供了基礎(chǔ)API接口，是連接javascript和C++的橋梁
• 第三層是支撐 Node.js 運(yùn)行的關(guān)鍵，由 C/C++ 實(shí)現(xiàn)。
  • V8 是Google開(kāi)發(fā)的JavaScript引擎，提供JavaScript運(yùn)行環(huán)境，可以說(shuō)它就是 Node.js 的發(fā)動(dòng)機(jī)，負(fù)責(zé)解釋javascript，與chrome瀏覽器相同。
  • Libuv 是專(zhuān)門(mén)為Node.js開(kāi)發(fā)的一個(gè)封裝庫(kù)，提供跨平臺(tái)的異步I/O能力，負(fù)責(zé)node運(yùn)行時(shí)的線程池調(diào)度。
  • C-ares：提供了異步處理 DNS 相關(guān)的能力。
  • http_parser、OpenSSL、zlib 等：提供包括 http 解析、SSL、數(shù)據(jù)壓縮等系統(tǒng)底層的訪問(wèn)。

平常我們用到的也就是第一層node各個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)的接口。

那他們之間時(shí)如何協(xié)作的呢

javascript主線程

程序啟動(dòng)，V8引擎會(huì)首先解析javascript代碼，通過(guò)Node bindings來(lái)調(diào)用C/C++庫(kù)。執(zhí)行到當(dāng)前事件時(shí)，會(huì)把事件放在調(diào)用堆棧（stack和heap）處理（可以理解為放進(jìn)一個(gè)工作空間，如上圖），在堆棧中的任何I/O請(qǐng)求都會(huì)交給libuv來(lái)處理，libuv維持一個(gè)線程池，里面是一些工作線程(如下圖)，請(qǐng)求會(huì)調(diào)用這些線程來(lái)完成任務(wù)，這些線程則調(diào)用底層的C/C++庫(kù)。完成時(shí)，libuv再把結(jié)果返回事件隊(duì)列等待主線程執(zhí)行。在此期間，主線程繼續(xù)執(zhí)行其他任務(wù)。

node 執(zhí)行特性

單線程、非阻塞型I／O

單線程的意思就是只在一個(gè)線程上運(yùn)行javascript。首先，javascript 在瀏覽器端是單線程的，這是為了避免多線程產(chǎn)生任務(wù)沖突的情況；其次，java和PHP這類(lèi)多線程后端語(yǔ)言，為避免同步I/O阻塞，每處理一個(gè)連接都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新線程，這樣的話(huà)在遇到大量并發(fā)請(qǐng)求時(shí)就會(huì)受到物理內(nèi)存的限制。node 延續(xù)了瀏覽器端單線程javascript，只用一個(gè)主線程執(zhí)行javascript，不斷循環(huán)遍歷事件隊(duì)列，執(zhí)行事件。事實(shí)上，主線程發(fā)出的I/O請(qǐng)求，都會(huì)交給其他線程去完成，其他線程完成后悔返回結(jié)果放到事件隊(duì)列。在此期間，主線程會(huì)繼續(xù)執(zhí)行其他任務(wù)，也就是在交給libuv后直接返回，繼續(xù)執(zhí)行下面的任務(wù)，主線程只負(fù)責(zé)循環(huán)執(zhí)行事件隊(duì)列，因此這種模式稱(chēng)為非阻塞型I／O，性能很好，適用于處理大量并發(fā)請(qǐng)求，還能簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)。

事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制

還是跟瀏覽器的差不多。總的來(lái)說(shuō)就是，瀏覽器端把鼠標(biāo)點(diǎn)擊、鍵盤(pán)按鍵等定義為事件，而node把網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求、I／O操作等也看作事件，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，一切動(dòng)作都是事件，這就是事件驅(qū)動(dòng)的思想。在程序啟動(dòng)時(shí)，便進(jìn)入事件循環(huán)，不斷遍歷執(zhí)行事件隊(duì)列中產(chǎn)生的事件，而在執(zhí)行過(guò)程中，又會(huì)產(chǎn)生新的事件，因此稱(chēng)為事件循環(huán)。主線程執(zhí)行事件時(shí)，遇到麻煩的I/O請(qǐng)求會(huì)交給libuv來(lái)調(diào)度其他工作線程來(lái)幫忙，忙完后就會(huì)形成事件返回結(jié)果到事件隊(duì)列等待主線程處理。在此期間，主線程會(huì)繼續(xù)執(zhí)行其他任務(wù)。

mbp 曾經(jīng)做過(guò)一個(gè)巧妙的比喻，把 Node.js 看成一家餐廳。我在此借用下他的例子，稍作修改來(lái)闡述下 Node.js 的執(zhí)行情況：

把 Node.js 應(yīng)用程序想象成一家星巴克，一個(gè)訓(xùn)練有素的前臺(tái)服務(wù)生（唯一的主線程）在柜臺(tái)前接受訂單。當(dāng)很多顧客同時(shí)光臨的時(shí)候，他們排隊(duì)（進(jìn)入事件隊(duì)列）等候接待；每當(dāng)服務(wù)生接待一位顧客，服務(wù)生會(huì)把訂單告知給經(jīng)理（libuv），經(jīng)理安排相應(yīng)的專(zhuān)職人員去烹制咖啡（工作線程或者系統(tǒng)特性）。這個(gè)專(zhuān)職人員會(huì)使用不同的原料和咖啡機(jī)（底層 C/C++ 組件）按訂單要求制作咖啡或甜點(diǎn)，通常會(huì)有四個(gè)這樣的專(zhuān)職人員保持在崗待命（線程池），高峰期的時(shí)候也可以安排更多（不過(guò)需要在一早就安排人員來(lái)上班，而不能中午臨時(shí)通知）。服務(wù)生把訂單轉(zhuǎn)交給經(jīng)理之后不需要等著咖啡制作完成，而是直接開(kāi)始接待下一位顧客（事件循環(huán)放進(jìn)調(diào)用堆棧的另一個(gè)事件），你可以把當(dāng)前調(diào)用堆棧里的事件看成是站在柜臺(tái)前正在接受服務(wù)的顧客。

當(dāng)咖啡完成時(shí)，會(huì)被發(fā)送到顧客隊(duì)列的最后位置，等它移動(dòng)到柜臺(tái)前服務(wù)生會(huì)叫相應(yīng)顧客的名字，顧客就來(lái)取走咖啡（最后這部分在真實(shí)生活中聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)怪，不過(guò)你從程序執(zhí)行的角度理解就比較合乎情理了）。

? ——By Amio

如果你想進(jìn)一步了解javascript 事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制，推薦深入理解 javascript 事件循環(huán)機(jī)制

node 模塊

node 模塊機(jī)制是CommonJs 的實(shí)現(xiàn)。起初，javascript 標(biāo)準(zhǔn)一片混沌，并沒(méi)有其他成熟語(yǔ)言（例如C++）的模塊機(jī)制、標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)、接口等，為了讓javascript 具備開(kāi)發(fā)大型應(yīng)用的能力，為了讓 javascript 能在后端運(yùn)行，CommonJS 就制定了javascript 模塊規(guī)范。node 借鑒了這個(gè)規(guī)范，讓javascript 以模塊形式組織起來(lái)。模塊機(jī)制是一個(gè)成熟語(yǔ)言必備的，一個(gè)模塊代表一個(gè)功能的封裝，它就像搭積木一樣，不同模塊可以銜接在一塊，使語(yǔ)言具有極強(qiáng)的可擴(kuò)展型。node 模塊機(jī)制同時(shí)制定了模塊規(guī)范，能讓全球的開(kāi)發(fā)者都可以在node官網(wǎng)上傳自己的包。此外，node 社區(qū)又實(shí)現(xiàn)了node 包管理器npm，使用npm可以輕松管理各種包。

node 的模塊分為核心模塊和用戶(hù)模塊，前者是底層的、自帶的，后者是第三方。

核心模塊有Global(全局對(duì)象)、Http、fs(文件系統(tǒng))、Buffer、Stream、Events、URL、path等，這些模塊提供了后端服務(wù)的基本功能，都提供自己關(guān)注功能的API。

在使用模塊時(shí)，require 即可。但在require背后，node 有一套尋找模塊的機(jī)制：

node require機(jī)制

從上圖可以看到，node 優(yōu)先從緩存區(qū)讀取，緩存區(qū)有直接讀取，沒(méi)有則加載并緩存，這樣做不用一遍一遍去找了，非常高效。node 在緩存區(qū)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)模塊時(shí)，會(huì)分析require 的路徑和文件后綴，node 有個(gè)模塊路徑的查找策略，我們可以在名為module_paths 的js文件里console.log(module.paths)然后node module_paths.js運(yùn)行來(lái)間接查看node 尋找文件模塊的具體文件的方式：

[ '/home/username/nodeProject/node_modules',
 '/home/username/node_modules',
 '/home/node_modules',
 '/node_modules' ] //Linux下的數(shù)組輸出(/home/username因電腦不同而異)

[ 'c:\\nodeProject\\node_modules', 'c:\\node_modules' ] //Windows

也就是按照下面的順序：

• 當(dāng)前文件目錄下的node_modules目錄。
• 父目錄下的node_modules目錄。
• 父目錄的父目錄下的node_modules目錄。
• 沿路徑向上逐級(jí)遞歸，直到根目錄下的node_modules目錄。

這些順序都是在查找緩存之后的。

在找到模塊后，node 將在引入之前對(duì)這個(gè)模塊進(jìn)行編譯執(zhí)行，編譯成功后會(huì)緩存，執(zhí)行的結(jié)果會(huì)返回給調(diào)用者。

簡(jiǎn)單應(yīng)用

有了node 自帶核心模塊的基礎(chǔ)功能，就可以進(jìn)一步封裝更強(qiáng)大、容易操作的功能了，就像jQuery 對(duì)于javascript 基礎(chǔ)API 一樣，node 社區(qū)也誕生了像 Express、KOA等框架來(lái)構(gòu)建node.js程序

node.js開(kāi)發(fā)框架

這些框架的詳情移步2017 Node.js 開(kāi)發(fā)框架比較

另外，node 還可以連接MySQL，MangoDB進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)操作。

下面是使用express 腳手架生成的基本 node應(yīng)用結(jié)構(gòu)：

.
├── app.js            //程序入口
├── bin
│   └── www           //二機(jī)制文件
├── package.json      //項(xiàng)目配置文件
├── public
│   ├── images        
│   ├── javascripts
│   └── stylesheets
│       └── style.css
├── routes
│   ├── index.js      //路由文件入口
│   └── users.js
└── views
    ├── error.jade    //界面模板
    ├── index.jade
    └── layout.jade

現(xiàn)在使用 node作為后端語(yǔ)言通常都要配合類(lèi)庫(kù)和框架使用。

node 的單線程、非阻塞型特點(diǎn)讓它非常適合高并發(fā)的應(yīng)用，適合處理大量重復(fù)的、簡(jiǎn)單的邏輯，適合構(gòu)建Rest/JSON API服務(wù)；同時(shí)，也正是因?yàn)檫@些特性，node 不適合CPU使用率較重、IO使用率較輕的偏計(jì)算應(yīng)用。缺點(diǎn)是因?yàn)閱尉€程，一個(gè)進(jìn)程掛就全掛了，可靠性低，但這是可以避免的。node 更多的應(yīng)用是在前端、中間件、前后端分離等。

由于 node 的諸多優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在越來(lái)越多大公司開(kāi)始使用node、深度使用node。

總結(jié)

node 的核心概念、思想遠(yuǎn)不止這么多，應(yīng)用更是多了去了，無(wú)奈本人水平有限，只能說(shuō)個(gè)淺層，還有很多像進(jìn)程管理、異步編程、異常調(diào)試、部署、性能調(diào)優(yōu)、與集群、CDN協(xié)調(diào)等都值得深入探索一下。無(wú)論如何，node 是讓javascript 邁向企業(yè)級(jí)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言重要的一步（也許已經(jīng)是了），前端工程師從未像現(xiàn)在這樣的powerful，能做的事情越來(lái)越多，所能涉及的領(lǐng)域也越來(lái)越多。前端這行越來(lái)越令人興奮了。