深入理解NodeJs

1、Node.js简介

Node.js 诞生于 2009 年，由 Joyent 的员工 Ryan Dahl 开发而成，之后 Joyent 公司一直扮演着 Node.js 孵化者的角色。Node.js基金会的创始成员包括 Google、Joyent、IBM、Paypal、微软、Fidelity 和 Linux基金会，创始成员将共同掌管过去由 Joyent 一家企业掌控的 Node.js 开源项目。此后，Node.js基金会发展非常好，稳定的发布5、6、7、8等版本，截止发稿最新版本已经是8.6，长期支持版本是6.11。

Node.js 不是一门语言也不是框架，它只是基于 Google V8 引擎的 JavaScript 运行时环境，同时结合 Libuv 扩展了 JavaScript 功能，使之支持 io、fs 等只有语言才有的特性，使得 JavaScript 能够同时具有 DOM 操作(浏览器)和 I/O、文件读写、操作数据库(服务器端)等能力，是目前最简单的全栈式语言。

目前 Node.js 在大部分领域都占有一席之地，尤其是 I/O 密集型的，比如 Web 开发，微服务，前端构建等。不少大型网站都是使用 Node.js 作为后台开发语言的，用的最多的就是使用Node.js做前端渲染和架构优化，比如 淘宝 双十一、去哪儿网 的 PC 端核心业务等。另外，有不少知名的前端库也是使用 Node.js 开发的，比如，Webpack 是一个强大的打包器，React/Vue 是成熟的前端组件化框架。

Node.js通常被用来开发低延迟的网络应用，也就是那些需要在服务器端环境和前端实时收集和交换数据的应用（API、即时聊天、微服务）。阿里巴巴、腾讯、Qunar、百度、PayPal、道琼斯、沃尔玛和 LinkedIn 都采用了 Node.js 框架搭建应用。

Node.js 编写的包管理器 npm 已成为开源包管理了领域最好的生态，直接到2017年10月份，有模块超过47万，每周下载量超过32亿次，每个月有超过700万开发者使用npm。

Node.js 经常被人们吐槽的一点就是：回调太多难于控制（俗称回调地狱）和 CPU 密集任务处理的不是很好。但是，目前异步流程技术已经取得了非常不错的进步，从Callback、Promise 到 Async函数，可以轻松的满足所有开发需求。

2、什么是Node.js

Nodejs官方介绍是：

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' package ecosystem, npm, is the largest ecosystem of open source libraries in the world.

• Node.js 不是 JavaScript 应用，不是语言（JavaScript 是语言），不是像 Rails(Ruby)、 Laravel(PHP) 或 Django(Python) 一样的框架，也不是像 Nginx 一样的 Web 服务器。Node.js 是 JavaScript 运行时环境
• 构建在 Chrome’s V8 这个著名的 JavaScript 引擎之上，Chrome V8 引擎以 C/C++ 为主，相当于使用JavaScript 写法，转成 C/C++ 调用，大大的降低了学习成本
• 事件驱动（event-driven），非阻塞 I/O 模型（non-blocking I/O model），简单点讲就是每个函数都是异步的，最后由 Libuv 这个 C/C++ 编写的事件循环处理库来处理这些 I/O 操作，隐藏了非阻塞 I/O 的具体细节，简化并发编程模型，让你可以轻松的编写高性能的Web应用，所以它是轻量（lightweight）且高效（efficient）的
• 使用 npm 作为包管理器，目前 npm 是开源库里包管理最大的生态，功能强大，截止到2017年12月，模块数量超过 60 万+

大多数人都认为 Node.js 只能写网站后台或者前端工具，这其实是不全面的，Node.js的目标是让并发编程更简单，主要应用在以网络编程为主的 I/O 密集型应用。它是开源的，跨平台，并且高效（尤其是I/O处理），包括IBM、Microsoft、Yahoo、SAP、PayPal、沃尔玛及GoDaddy都是 Node.js 的用户。

3、基本原理

Node.js 早期的架构图，来自 Node.js 之父 Ryan Dahl 的演讲稿，在今天依然不过时，它简要的介绍了 Node.js 是基于 Chrome V8引擎构建的，由事件循环（Event Loop）分发 I/O 任务，最终工作线程（Work Thread）将任务丢到线程池（Thread Pool）里去执行，而事件循环只要等待执行结果就可以了。

核心概念

• Chrome V8 是 Google 发布的开源 JavaScript 引擎，采用 C/C++ 编写，在 Google 的 Chrome 浏览器中被使用。Chrome V8 引擎可以独立运行，也可以用来嵌入到 C/C++ 应用程序中执行。
• Event Loop 事件循环（由 libuv 提供）
• Thread Pool 线程池（由 libuv 提供）

总结：

• Chrome V8 是 JavaScript 引擎
• Node.js 内置 Chrome V8 引擎，所以它使用的 JavaScript 语法
• JavaScript 语言的一大特点就是单线程，也就是说，同一个时间只能做一件事
• 单线程就意味着，所有任务需要排队，前一个任务结束，才会执行后一个任务。如果前一个任务耗时很长，后一个任务就不得不一直等着。
• 如果排队是因为计算量大，CPU 忙不过来，倒也算了，但是很多时候 CPU 是闲着的，因为 I/O 很慢，不得不等着结果出来，再往下执行
• CPU 完全可以不管 I/O 设备，挂起处于等待中的任务，先运行排在后面的任务
• 将等待中的 I/O 任务放到 Event Loop 里
• 由 Event Loop 将 I/O 任务放到线程池里
• 只要有资源，就尽力执行

Node.js 其实就是帮我们构建类似的机制。我们在写代码的时候，实际上就是取号的过程，由 Event Loop 来接受处理，而真正执行操作的是具体的线程池里的 I/O 任务。之所以说 Node.js 是单线程，就是因为在接受任务的时候是单线程的，它无需进程/线程切换上下文的成本，非常高效，但它在执行具体任务的时候是多线程的。

Node.js 公开宣称的目标是 “旨在提供一种简单的构建可伸缩网络程序的方法”，毫无疑问，它确实做到了。这种做法将并发编程模型简化了，Event Loop和具体线程池等细节被 Node.js 封装了，继而将异步调用 Api 写法暴露给开发者。真是福祸相依，一方面简化了并发编程，另一方面在写法上埋下了祸根，这种做法的好处是能让更多人轻而易举的写出高性能的程序！

在Node.js Bindings层做的事儿就是将 Chrome V8 等暴露的 C/C++ 接口转成JavaScript Api，并且结合这些 Api 编写了 Node.js 标准库，所有这些 Api 统称为 Node.js SDK，后面模块章节会有更详细的讨论。