深刻理解NodeJs

一、Node.js簡介

Node.js 誕生於 2009 年，由 Joyent 的員工 Ryan Dahl 開發而成，以後 Joyent 公司一直扮演着 Node.js 孵化者的角色。Node.js基金會的創始成員包括 Google、Joyent、IBM、Paypal、微軟、Fidelity 和 Linux基金會，創始成員將共同掌管過去由 Joyent 一家企業掌控的 Node.js 開源項目。此後，Node.js基金會發展很是好，穩定的發佈五、六、七、8等版本，截止發稿最新版本已是8.6，長期支持版本是6.11。

Node.js 不是一門語言也不是框架，它只是基於 Google V8 引擎的 JavaScript 運行時環境，同時結合 Libuv 擴展了 JavaScript 功能，使之支持 io、fs 等只有語言纔有的特性，使得 JavaScript 可以同時具備 DOM 操做(瀏覽器)和 I/O、文件讀寫、操做數據庫(服務器端)等能力，是目前最簡單的全棧式語言。

目前 Node.js 在大部分領域都佔有一席之地，尤爲是 I/O 密集型的，好比 Web 開發，微服務，前端構建等。很多大型網站都是使用 Node.js 做爲後臺開發語言的，用的最多的就是使用Node.js作前端渲染和架構優化，好比 淘寶 雙11、去哪兒網 的 PC 端核心業務等。另外，有很多知名的前端庫也是使用 Node.js 開發的，好比，Webpack 是一個強大的打包器，React/Vue 是成熟的前端組件化框架。

Node.js一般被用來開發低延遲的網絡應用，也就是那些須要在服務器端環境和前端實時收集和交換數據的應用（API、即時聊天、微服務）。阿里巴巴、騰訊、Qunar、百度、PayPal、道瓊斯、沃爾瑪和 LinkedIn 都採用了 Node.js 框架搭建應用。

Node.js 編寫的包管理器 npm 已成爲開源包管理了領域最好的生態，直接到2017年10月份，有模塊超過47萬，每週下載量超過32億次，每月有超過700萬開發者使用npm。

Node.js 常常被人們吐槽的一點就是：回調太多難於控制（俗稱回調地獄）和 CPU 密集任務處理的不是很好。可是，目前異步流程技術已經取得了很是不錯的進步，從Callback、Promise 到 Async函數，能夠輕鬆的知足全部開發需求。

二、什麼是Node.js

Nodejs官方介紹是：

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 應用，不是語言（JavaScript 是語言），不是像 Rails(Ruby)、 Laravel(PHP) 或 Django(Python) 同樣的框架，也不是像 Nginx 同樣的 Web 服務器。Node.js 是 JavaScript 運行時環境
• 構建在 Chrome’s V8 這個著名的 JavaScript 引擎之上，Chrome V8 引擎以 C/C++ 爲主，至關於使用JavaScript 寫法，轉成 C/C++ 調用，大大的下降了學習成本
• 事件驅動（event-driven），非阻塞 I/O 模型（non-blocking I/O model），簡單點講就是每一個函數都是異步的，最後由 Libuv 這個 C/C++ 編寫的事件循環處理庫來處理這些 I/O 操做，隱藏了非阻塞 I/O 的具體細節，簡化併發編程模型，讓你能夠輕鬆的編寫高性能的Web應用，因此它是輕量（lightweight）且高效（efficient）的
• 使用 npm 做爲包管理器，目前 npm 是開源庫裏包管理最大的生態，功能強大，截止到2017年12月，模塊數量超過 60 萬+

大多數人都認爲 Node.js 只能寫網站後臺或者前端工具，這實際上是不全面的，Node.js的目標是讓併發編程更簡單，主要應用在以網絡編程爲主的 I/O 密集型應用。它是開源的，跨平臺，而且高效（尤爲是I/O處理），包括IBM、Microsoft、Yahoo、SAP、PayPal、沃爾瑪及GoDaddy都是 Node.js 的用戶。

三、基本原理

Node.js 早期的架構圖，來自 Node.js 之父 Ryan Dahl 的演講稿，在今天依然不過期，它簡要的介紹了 Node.js 是基於 Chrome V8引擎構建的，由事件循環（Event Loop）分發 I/O 任務，最終工做線程（Work Thread）將任務丟到線程池（Thread Pool）裏去執行，而事件循環只要等待執行結果就能夠了。

核心概念

• Chrome V8 是 Google 發佈的開源 JavaScript 引擎，採用 C/C++ 編寫，在 Google 的 Chrome 瀏覽器中被使用。Chrome V8 引擎能夠獨立運行，也能夠用來嵌入到 C/C++ 應用程序中執行。
• Event Loop 事件循環（由 libuv 提供）
• Thread Pool 線程池（由 libuv 提供）

總結：

• Chrome V8 是 JavaScript 引擎
• Node.js 內置 Chrome V8 引擎，因此它使用的 JavaScript 語法
• JavaScript 語言的一大特色就是單線程，也就是說，同一個時間只能作一件事
• 單線程就意味着，全部任務須要排隊，前一個任務結束，纔會執行後一個任務。若是前一個任務耗時很長，後一個任務就不得不一直等着。
• 若是排隊是由於計算量大，CPU 忙不過來，倒也算了，可是不少時候 CPU 是閒着的，由於 I/O 很慢，不得不等着結果出來，再往下執行
• CPU 徹底能夠無論 I/O 設備，掛起處於等待中的任務，先運行排在後面的任務
• 將等待中的 I/O 任務放到 Event Loop 裏
• 由 Event Loop 將 I/O 任務放到線程池裏
• 只要有資源，就盡力執行

Node.js 其實就是幫咱們構建相似的機制。咱們在寫代碼的時候，實際上就是取號的過程，由 Event Loop 來接受處理，而真正執行操做的是具體的線程池裏的 I/O 任務。之因此說 Node.js 是單線程，就是由於在接受任務的時候是單線程的，它無需進程/線程切換上下文的成本，很是高效，但它在執行具體任務的時候是多線程的。

Node.js 公開宣稱的目標是 「旨在提供一種簡單的構建可伸縮網絡程序的方法」，毫無疑問，它確實作到了。這種作法將併發編程模型簡化了，Event Loop和具體線程池等細節被 Node.js 封裝了，繼而將異步調用 Api 寫法暴露給開發者。真是福禍相依，一方面簡化了併發編程，另外一方面在寫法上埋下了禍根，這種作法的好處是能讓更多人垂手可得的寫出高性能的程序！

在Node.js Bindings層作的事兒就是將 Chrome V8 等暴露的 C/C++ 接口轉成JavaScript Api，而且結合這些 Api 編寫了 Node.js 標準庫，全部這些 Api 統稱爲 Node.js SDK，後面模塊章節會有更詳細的討論。