前言Node.js的核心基础，水怪认为你一定要掌握~每篇文章都希望你能有所收获。本文重点分析Node.js的核心架构和基础。希望你看完后能有这些收获：Node.js架构中各层的含义和关系Node.js是如何与底层操作系统交互的？利用好事件驱动的优势，以及实现方式很多前端初学者，尤其是大学生，第一个遇到的技术瓶颈就是今天要说的Node.js。懂了，有些基础知识没有掌握，比如编译原理。PS：前端小伙伴也要注意计算机基础知识。工作时间越长，体会应该越深~很多看似复杂的东西，其实要回到最底层，就是电脑。比如现在很流行的跨端框架，其核心其实就是AST抽象语法树的转换~好了，进入正题，就请大家来一睹Node.js的神龙吧~架构我相信只要你是前端，都能或多或少的说出你对Node.js的一些理解和看法。我们先来看看浏览器和Node.js的对比。毕竟很多前端初学者可能并没有接触过Node，只是在浏览器中运行项目而已。左图是浏览器的简单架构。我们平时写的前端项目无非就是三个部分。HTML和CSS交给WebKit引擎处理。经过一系列的变换，它们最终显示在我们的屏幕上。之前看过Chrome团队的SteveKobes的分享，从底层分析浏览器的一个渲染过程。以后找时间跟大家分享。JavaScript交给V8引擎处理和解析。本文暂且不谈引擎。再往下到中间层，Chrome中中间层的能力是有限的，因为它受限于浏览器。比如我们要在浏览器中操作一些本地文件，在早期是非常困难的，但是随着HTML5的普及，一些功能已经可以实现了，但是和Node中间层的能力相比，还是差很多。我们去掉左图中红色的部分，其实就是一个简单的Node架构。在Node中，我们可以随意操作文件，甚至可以构建各种服务。尽管Node不处理UI层，但它与浏览器兼容。相同的机制和原理在中间层运行，并且在中间层具有更强大的功能。顺着这个思路，我们再想一想，如果我们也把WebKit引擎也抽出来，再加入Node，是不是可以不用浏览器开发带有UI处理的Node项目呢？想必你已经知道Weird要说什么了，Electron其实就是这么干的，也不是什么特别神奇的东西~所以，简单直观的说，Node是脱离了浏览器，但仍然是基于ChromeV8引擎运行的一个JavaScript环境。从官网的介绍也可以看出，其轻量、高效、事件驱动、非阻塞I/O是Node.js的几个非常重要的特性。下面分析一下Node的单线程是如何做到高并发的，如何充分利用服务器资源。上面的Node架构图比较简单，我们来看一个比较完整的。基础设施大致可以分为以下三层。上层是Node标准库。其实简单理解为JavaScript代码。您可以在编写代码时直接调用相关API。Node提供了很多强大的API供我们实现。在实践中更深入地使用它。举个很简单的例子，我们可以用Node写一个定时脚本，定时给女朋友发邮件，把你想说的话推送给她。女朋友高兴的时候，你也学技术了，完美~中间层Nodebindings（c++实现），这一层简单来说就是红娘，牵线搭桥，让JavaScript兄弟和下层的一帮妹子交流，节点这么强，这一层起着非常重要的作用。下层，Node.js运行时的关键，是东西！下面一一说~V8，可以简单粗略的概括为业界最好的JavaScrpt引擎。尽管有尝试使用V8替代方案，例如node-chakracore项目和spidernode项目，但Node.js仍然默认使用V8引擎。C-ares，C语言实现的异步DNS请求库；http_parser、OpenSSL、zlib等，提供一些其他的基础能力。libuv是一个高性能、事件驱动的I/O库，并提供跨平台（如Windows、Linux）的API。它强制执行异步、事件驱动的编程风格，其核心工作是提供基于I/O和其他事件通知的事件循环和回调函数。并且还提供了一些核心工具，比如定时器、非阻塞网络支持、异步文件系统访问、子进程等，层层叠叠。Node写情书的底层操作，这里参考《深入浅出 Node.js》一书中的例子进行讲解。假设我们需要打开一个本地的txt文件给女朋友写一封情书。代码可以这样写：letfs=require('fs');fs.open('./LoveLetter.txt',"w",function(err,fd){//海誓山盟，永不言败分离（彼此，永不分离）});fs.open()的作用是根据指定的路径和参数打开一个文件，返回一个文件描述符。让我们转到lib/fs.js并查看底层源代码：asyncfunctionopen(path,flags,mode){mode=modeNum(mode,0o666);path=getPathFromURL(路径);验证路径（路径）；validateUint32(mode,'mode');returnnewFileHandle(awaitbinding.openFileHandle(pathModule.toNamespacedPath(path),stringToFlags(flags),mode,kUsePromises));}JavaScript代码调用C++核心模块来执行较低级别的操作。调用过程可以表述为从JavaScript调用Node.js标准库，再从标准库调用C++模块。这是Node中最常见的调用方式。同时，libuv还提供了*UNIX和Windows平台的实现，赋予了Node.js跨平台的能力。就这样，情书搞定了，你们的关系也改善了，从此过上了幸福的生活~毕竟是单线程的，需要解释一下，我正在写结构分析的文章基于Node.js的高并发掩码秒杀系统的实现哦~第一个问题解决了，我们来看第二个。既然Node是单线程的，那么它是如何应对高并发场景的呢？其实Node在很多地方都是多线程的，除了JavaScript是单线程的。从上面写情书的例子可以看出，Node的I/O操作其实是交给了libuv，libuv提供了完整的线程池实现。因此，所有的I/O操作都可以并行化，除了用户的JavaScript代码不能并行执行。对线程池之类不熟悉的朋友，老老实实告诉怪怪，你在大学里忙着给女朋友写情书吗？！！实际上，操作系统中对I/O的处理方式只有两种，即阻塞和非阻塞。阻塞I/O是指在调用之后，需要等待所有操作完成后，调用才会结束，导致CPU等待I/O结束，处理能力没有得到充分利用。比如你现在是一个CPU，现在你要做两件事，第一件事是给在外面逛街的女朋友发信息问你会不会回来吃饭（因为你要做饭，哈哈哈），第二件事就是打扫房间。同步I/O的方法：给女朋友发消息，然后在线等一个小时后女朋友终于回消息。然后，你又去打扫房间，等你女朋友回来，她看到你为什么这么久才开始打扫房间，然后大家就往你头上扣~~异步I/O方法：发消息给你女朋友，然后直接开始打扫房间，等女朋友回话，房间已经打扫好了，饭也做好了，岂不是很愉快？~回到操作系统，操作系统提供了一种非阻塞的I/O方法，调用后会立即返回，然后CPU可以处理其他事务。但是，由于I/O未完成，因此仅立即返回调用的状态。为了得到最终的结果，应用程序需要进行足够多的调用来判断操作是否完成，即轮询。目前常见的轮询技术有几种：read是最原始的一种，通过反复调用读取最终结果。在得到结果之前，CPU会一直消耗在等待中。Select在read的基础上进行了改进。它判断文件描述符上的事件状态。当用户进程调用select时，整个进程会被阻塞。同时，内核会“监控”所有select负责的socket。当任何套接字中的数据准备就绪时，select将返回。这时用户进程调用read操作将数据从内核拷贝到用户进程。select以及后续的poll和epoll也称为I/O多路复用。select使用长度为1024的数组来存储状态，因此最多可以同时检查1024个文件描述符。pollpoll采用链表的方式，避免了数组长度的限制，提高了性能。epoll是Linux下最高效的I/O事件通知机制。如果进入轮询时没有检测到I/O事件，它会休眠直到有事件发生将其唤醒，不会浪费CPU。kqueue实现类似于epoll，只存在于BSD系统下。上面的轮询名词其实只是不同的轮询机制。不要被吓倒~~轮询技术虽然可以做到非阻塞，但其实是同步调用。有一种方式可以提供原生的AsynchronousI/O，但是适用范围较小，所以Node选择了另一种方式来实现完整的异步I/O。因此，所谓的Node单线程其实只是一个JavaScript主线程。那些耗时的异步操作，还是由线程池来完成。Node将这些耗时的操作丢给线程池处理，Node本身只需要往返调度即可。没有真正的I/O操作。单线程和CPU密集型单线程带来了不需要关心状态同步问题的好处，但也带来了几个弱点。它无法利用多核CPU。一个错误将导致整个应用程序退出CPU密集型任务。异步I/O将使Node.js失败。js中单线程解决CPU密集型任务的方法很粗糙，就是直接开启子进程，通过child_process将计算任务分发给子进程，然后进程间通过事件消息传递结果，即，进程间通信。（Node是用管道通信的~）什么，我对操作系统不熟悉，看来小伙伴们真的要好好补基础了~国庆期间不要出去玩了，哈哈哈~~活动-驱动事件驱动的本质就是通过主循环加事件触发来运行程序。事件循环的职责就是不断地等待事件的发生，然后按照订阅这个事件的时间顺序执行这个事件的所有处理器。当本次事件的所有handler都执行完毕后，事件循环会继续等待下一次事件的触发，如此循环往复。事件循环节点的事件循环使用libuv的默认事件循环，可以在src/node.cc。);启动事件循环boolmore;do{more=uv_run(env->event_loop(),UV_RUN_ONCE);如果（更多==false）{EmitBeforeExit（env）；//如果循环在发出事件后或在运行一些回调后变得活跃，则发出`beforeExit`。更多=uv_loop_alive(env->event_loop();(如果)uv_run(env->event_loop(),UV_RUN_NOWAIT)!=0)更多=true;}}while(more==true);code=EmitExit(env);RunAtExit(env);more用于标识是否进入下一轮循环。接下来，Node.js会根据more的情况来决定下一步。如果more为真，则继续运行下一轮循环。如果more为false，说明没有事件等待处理。EmitBeforeExit(env);触发进程的beforeExit事件，检查并处理相应的处理函数，完成后直接跳出循环。最后触发exit事件，执行相应的回调函数，Node.js操作结束，后面会进行一些资源释放操作。观察者每个事件循环中都会有观察者，判断是否有事件需要处理就是询问这些观察者。在Node.js中，事件的来源主要有网络请求、文件I/O等，这些事件对应不同的观察者。请求者怎么想的？不是那个物体，而是这个物体！！request对象是Node发起调用到内核执行I/O操作的过渡过程中产生的中间产物。例如，libuv调用文件I/O时，会立即返回FSReqWrap请求对象。JavaScript传入的参数和当前方法都封装在这个请求对象中，这个对象也会被推送到内核执行。事件驱动的优势事件循环、观察者、请求对象、I/O线程池共同构成了Node的事件驱动异步I/O模型。Apache采用为每个请求启动一个线程的方式来处理请求。线程虽然比较轻，但是还是需要占用一定的内存。当大并发请求到来时，内存占用会很高，导致服务器变慢。Node.js采用事件驱动的方式处理请求，无需为每个请求创建一个线程，可以节省大量的线程创建、销毁、系统上下文切换的开销，即使在大并发的情况下也能提供良好的性能。Nginx也采用了与Node相同的事件驱动模型。Nginx凭借其出色的性能，正逐渐取代Apache成为Web服务器的主流。综上所述，本文已收录GitHubhttps://github.com/ponkans/F2E（微怪整理的前端知识技能大树），欢迎Star，继续更新？怪怪上面提到的很多地方都不是很深入，但是大体框架结构类似，想了解更多的朋友可以参考《深入浅出Node.js》。Node生态日益壮大，前端开发小伙伴每天都会和它打交道。一些文章中提到的最基本的架构和概念，你应该已经掌握了。联系我/公众号微信搜索公众号【接水器】回复“加群”，我拉你进技术交流群。说实话，在这个群里，就算不说话，光看聊天记录也是一种成长。（阿里技术专家、敖丙作者、Java3y、蘑菇街高级前端、蚂蚁金服安全专家，各种大咖都有）。水怪也会定期创作原创作品，定期与朋友交流经验或帮忙看简历。注意，不要迷路，有机会一起跑吗？
