作者|糖果糖果

指导阅读

简介如果你是一个前端程序员，不了解PHP、Python或者Ruby之类的动态编程语言，然后想创建自己的服务，那么Node.js是一个非常好的选择。Node.js是运行在服务器端的Javascript。如果你熟悉JavaScript，你会很容易学会Node.js。当然，如果你是一个后端程序员，想要部署一些高性能的服务，那么学习Node.js也是一个非常好的选择。全文6723字，预计阅读时间时间17分钟。

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01

Node.js是什么？我们先来看看Node.js的官方定义：Node.js是一个基于V8 JavaScript引擎的JavaScript运行时环境。

但是这句话可能有点笼统：1。什么是JavaScript运行时环境？2.JavaScript为什么需要特殊的运行环境？3.JavaScript引擎又是什么？4.V8是什么？带着这些问题，我们先来了解一下nodejs的历史。在Node.js出现之前，最常见的JavaScript运行时环境是浏览器，也称为JavaScript的托管环境。它为JavaScript提供了DOM API，使JavaScript能够操作浏览器环境(JS环境)。2009年初，Node.js出现了。它是基于Chrome V8引擎开发的JavaScript运行时环境，所以Node.js也是JavaScript的宿主环境。而它的底层是我们熟悉的Chrome浏览器的JavaScript引擎，所以本质上和Chrome浏览器中运行的JavaScript没什么区别。但是Node.js的运行环境还是和浏览器不一样。通俗地说，Node.js执行的是基于V8引擎的JavaScript代码，而不仅仅是V8引擎。我们知道V8可以嵌入到任何C应用中，无论是Chrome还是Node.js其实就是嵌入了V8引擎来执行JavaScript代码。但在Chrome浏览器中，还需要解析和渲染HTML、CSS等相关渲染引擎。此外，还需要提供支持浏览器操作的API、浏览器自带的事件循环等。另外，我们还需要在Node.js中做一些额外的操作，比如文件系统读/写，网络IO，加密，压缩解压文件等。那么我们来看看浏览器是如何解析渲染的。

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02

浏览器如何渲染页面？

简单来说，用浏览器渲染网页可以分为以下几个步骤：

HTML解析：在这个过程之前，浏览器会进行DNS解析、TCP握手等网络协议相关的操作，以建议连接用户需要访问的域名服务器。域名服务器会返回一个HTML文本给用户，以便后期渲染(这个很重要，请注意)。渲染树构建：浏览器客户端收到服务器返回的HTML文本后，会对HTML文本进行解析，其中会用DOM生成DOM树来确定页面的布局结构，用CSS生成CSS树来确定页面元素的样式。如果在这个过程中遇到脚本或者静态资源，会预先加载请求静态资源，最后生成渲染树。布局：浏览器得到渲染树后，会做布局操作，确定页面上每个对象的大小和位置，然后进行渲染。渲染：我们电脑的视图都是通过GPU的图像帧来显示的。渲染的过程其实就是把上面得到的渲染树转换成GPU的图像帧进行显示。首先浏览器会根据布局树的位置进行栅格化(用过组件库的同学应该比较熟悉，就是把页面按照行列划分成相应的图层，比如12个网格，根据相应的网格列确定位置)，最后得到一个复合框架，包括文字、颜色、边框等。其次，将复合帧升级为GPU的图像帧，然后显示在页面上，让我们在电脑上看到自己的页面。相信看到这里，你对浏览器如何渲染页面有了一个大概的了解。其实页面渲染就是浏览器将HTML文本转换成相应页面框架的过程。页面的内容和呈现过程与第一步获取的HTML文本密切相关。

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03

循环和异步IO:首先我们要知道什么是事件循环。然后我们需要知道流程和在线的概念。

还有进程和线程：都是操作系统的概念。进程：计算机已经运行的程序，线程：操作系统可以调度来启动应用程序的最小单元。默认情况下，会启动一个(或多个)进程。每个进程都会启动一个线程来执行程序中的代码，这个线程就叫做主线程。举例：比如工厂相当于操作系统，工厂里的车间相当于流程，车间里的工人相当于线程，所以流程相当于线程的容器。

那么浏览器是一个过程吗？里面只有一根线吗？目前浏览器一般都是多进程的。通常，当一个标签被打开时，一个新的进程将被启动。这是为了防止所有页面因为一个页面卡住而无法响应，需要强制退出整个浏览器。每个进程包含多个线程，包括执行js代码的线程。js代码在一个单独的线程中执行。单线程一样时间。它只能做一件事。如果这非常耗时，则意味着当前线程将被阻塞。浏览器时间循环维护两个队列：宏任务队列和微任务队列。

Macrotask queue):ajax、setTimeout、setInterval、DOM监控、UI渲染等。微任务队列：然后回调承诺。那么这两个队列的事件循环的优先级是什么呢？

main中的代码优先(编写的顶层脚本代码)；在执行任何一个宏任务(不是队列，是宏任务)之前，我们都会先检查一下微任务队列中是否有任务要执行，也就是说，在执行宏任务之前，我们必须保证微任务队列是空的；如果不为空，微任务队列(回调)中的任务会先执行这么久。New promise()是同步，promise.then、promise.catch、resolve和reject是微任务。

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04

使用事件驱动程序Node.js来使用事件驱动模型。当web服务器收到一个请求时，它会关闭并处理它，然后为下一个web请求提供服务。当请求完成时，它被放回处理队列，当它到达队列的开始时，结果被返回给用户。这种模型非常高效且可伸缩，因为web服务器总是接受请求而不等待任何读写操作。(这也称为非阻塞IO或事件驱动IO)在事件驱动模型中，会生成一个主循环来侦听事件，并在检测到事件时触发一个回调函数。

整个事件驱动的过程就是这样实现的，非常简洁。类似于观察者模式，一个事件相当于一个主体，在这个事件上注册的所有处理函数都相当于观察者。Node.js有许多内置事件。我们可以通过引入events模块并实例化EventEmitter类来绑定和监视事件，如下例所示：

//引入事件模块var events=require(' events ')；//创建eventEmitter对象var event emitter=new events . event emitter()；下列程序绑定事件处理程序：

//绑定事件及其处理程序eventemitter.on ('eventname 'eventhandler)；我们可以通过程序触发事件：

//触发事件event emitter . emit(' event name ')；使用以下代码创建一个实例main.js文件：

//引入事件模块var events=require(' events ')；//创建eventEmitter对象var event emitter=new events . event emitter()；//创建事件处理程序var connect handler=function connected(){ console . log('连接成功~ ~ ~ ')；//触发data_received事件event emitter . emit(' data _ received ')；}//绑定连接事件处理程序eventemitter.on ('connection 'connect handler)；//绑定data_received事件eventemitter.on ('data _ received 'function(){ console . log(' data is received。'));});//触发连接事件event emitter . emit(' connection ')；Console.log('程序完成了。');接下来让我们执行上面的代码：

$ node main.js连接成功~ ~ ~接收数据。程序结束了。

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05

Node.js架构及其与浏览器的区别

上图是Node.js的基本架构，我们可以看到，(Node.js运行在操作系统上)，它的底层由V8 JavaScript引擎，以及一些C/C编写的库组成，包括libUV库，c-ares，llhttp/http-parser，open-ssl，zlib等等。

其中libUV负责处理事件周期，c-ares、llhttp/http-parser、open-ssl、zlib等库提供DNS解析、http协议、HTTPS和文件压缩功能。

这些模块的上层是中间层，包括Node.js绑定、Node.js标准库和C/C插件。Node.js绑定层的作用是将C/C编写的库接口暴露给js环境，Node.js标准库是Node.js本身的核心模块。至于C/C插件，它允许用户自己的C/C模块通过桥接提供给Node.js。

中间层是Node.js的API层，我们使用Node.js开发应用，主要是使用Node.js的API层，所以Node.js的应用最终运行在Node.js的API层上。

总结一下：Node.js系统的架构图主要由四部分组成：应用、V8 javascript引擎、Node.js绑定、libuv。

应用：nodejs应用是我们写的js代码。V8: JavaScript引擎，分析js代码后调用节点api。Node.jsbindings:节点API，最终由libuv驱动。Libuv:异步I/O，实现异步无阻塞的核心模块。libuv库提供的两个最重要的东西是事件循环和线程池，它们共同构建了一个异步非阻塞I/O模型。按纬度划分，线程可以分为Node.js线程和其他C线程。应用程序启动一个线程，并在Node.js线程中完成它。Node.js的I/O操作是非阻塞的，大量的计算能力被分配给其他C线程。在C线程完成计算后，结果被回调到Node.js线程，然后该线程将内容返回给应用程序。浏览器中的事件循环是按照HTML5规范实现的，不同的浏览器可能有不同的实现，而libuv是在node中实现的。因为Node.js不是浏览器，所以没有浏览器提供的DOM API。

如窗口对象、位置对象、文档对象、HTMLElement对象、Cookie对象等。但是Node.js提供了自己独特的API，比如全局对象，带有当前进程信息的进程对象，操作文件的fs模块，创建Web服务的http模块等等。这些API使我们能够使用JavaScript来操作计算机，因此我们可以使用Node.js平台来开发web服务器。还有一些Node.js和浏览器共享的对象，比如JavaScript引擎的内置对象，都是V8引擎提供的。常见的有：

undefined、null、NaN、Infinity的基本常数；内置对象布尔、数字、字符串、对象、符号、函数、数组、正则表达式、集合、映射、承诺、代理；全局函数eval、encodeURIComponent、decodeURIComponent等等。另外，还有一些方法不属于引擎内置的API，但两者都可以实现，比如setTimeout、setInterval方法、Console对象等等。

5.1阻塞IO和非阻塞IO如果我们想在程序中对一个文件进行操作，那么我们需要打开文件：通过文件描述符。我们想：JavaScript可以直接操作一个文件吗？看似可能，但实际上我们任何程序中的文件操作都需要系统调用(操作系统的文件系统)；实际上，对文件的操作就是一个操作系统的IO操作(输入输出)。操作系统为我们提供了阻塞调用和非阻塞调用：

阻塞调用：在调用结果返回之前，当前线程处于阻塞状态(阻塞状态的CPU不会分配时间芯片)，调用线程只有在获得调用结果后才会继续执行。非阻塞调用：调用执行后，当前线程不会停止执行，只需要一段时间检查是否返回结果。所以我们开发中很多耗时的操作都可以基于这样的非阻塞调用：比如网络请求本身使用Socket通信，Socket本身提供select模型，可以以非阻塞的方式工作；比如读写文件的IO操作，我们可以使用操作系统提供的基于事件的回调机制。

5.2非阻塞IO的问题，但是非阻塞IO会有一些问题：我们还没有得到需要读取的结果(以读取为例)，这意味着为了知道我们是否读取了完整的数据，我们需要频繁地确定读取的数据是否完整。这个过程叫做轮换训练操作。那么谁来完成轮训这个工作呢？如果我们的主线程频繁的做轮换训练，性能会大大降低，而且在开发中，我们可能不止读写一个文件，可能有多个文件，可能有多个函数：网络IO，数据库IO，子进程调用。Libuv提供了一个线程池：线程池会负责所有相关的操作，会通过轮换训练等方式等待结果。当获得结果时，相应的回调可以放在事件循环中(一个事件队列)。循环可以接管后续的回调工作，并告诉JavaScript应用程序执行相应的回调函数。

5.3阻塞与非阻塞、同步与异步的区别？第一，屏蔽和非屏蔽是针对被叫方的；这是系统调用。操作系统为我们提供了阻塞调用和非阻塞调用。同步和异步是针对调用者的。

这是我们自己的程序；如果发起调用后我们除了等待结果什么都不做，这个过程就叫同步调用；如果我们重新开始调用，就不会等待结果，继续完成其他工作，等到有回调的时候再执行。这个过程就是异步调用。Libuv采用非阻塞异步IO的调用方式。

5.4节点事件循环(Node event loop)的阶段，我们前面强调过，就像一个桥梁，是应用的JavaScript和系统调用之间的通道：我们的文件IO、数据库、网络IO、定时器、子进程在完成相应的操作后，会把相应的结果和回调函数放到事件循环(任务队列)中；循环将不断地从任务队列中取出相应的事件(回调函数)来执行；但是一个完整的事件周期分笔成交点分为许多阶段：

计时器：这个阶段执行由setTimeout()和setInterval()设置的预定回调函数。挂起回调：回调一些系统操作(比如TCP错误类型)，比如TCP连接时接收idle，准备：只在系统内部使用。轮询：检索新的I/O事件；执行与I/O相关的回调；检测：setImmediate()回调函数在这里执行。封闭式回调函数：一些封闭式回调函数，比如socket.on('close ')，).

5.5节点事件周期的阶段图

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06

Node.js的通用内置模块和全局变量

有关全局对象的更多信息，请参考以下链接：https://m.runoob.com/nodejs/nodejs-global-object.html.

作者：糖果糖果来源：微信微信官方账号：百度极客说来源：https://mp.weixin.qq.com/s/QI9l4kKCbJxifNZt3QP3Lg