最近周播剧《盗墓笔记》挺火。而我最近在干两件事，一是追《盗墓笔记》，二是研究Node.js。Node.js研究了也有一段时间了，把我的研究结果发到博客上来，写成"Node.js挖掘"系列，虽然挖掘node没有盗墓那么惊心动魄，但收获确是一样的丰厚。

从学习方法来看，无论我们学习一个新平台，或者接触一个新的产品，一开始不需要着急看细节，而是要从架构，从全局的角度来俯视这个新事物，如果一开始就陷入细节中，就会让我们迷失方向。这就好像我们去一个陌生的城市，了解它的第一件事是先看地图全貌，然后再慢慢找街道，这样我们才不至于迷路。 当然细节非常重要，但细节的掌握是建立在对全局的把握之上，否则还是井底之蛙。

本文从两个角度查看Node.js的架构。一个是从模块直接的依赖关系角度，另一个是以一个建立一个TCP服务为例，从函数调用流程角度。 Node.js挖掘系列后面的几篇会详细地介绍各个方面。

1. 从模块依赖关系看Node.js架构

图1：Node.js模块依赖关系

1.1 Host environment

如果我们自己去下载Node.js的源代码，并且编译的话，会发现node.js会最终生成一个可执行文件node-v0.12.4/out/Release/node。 既然是可执行文件，其运行时必然依赖执行环境。图1最下方标示的是Host environment，也即宿主环境, node 运行需要OS提供各种服务，如文件访问，socket编程，OpenSSL，多进程，多线程，锁，异步I/O库等等。

1.2 Node.js

图1中间的部分展示了Node.js的主要组成部分:V8 engine, libuv, builtin modules, natives modules以及其它辅助服务代码。 Node.js以源代码形式将V8 engine包含在自己的代码树里面。V8 engine在Node.js里面起到两个重要的作用：

1. 作为虚拟机，执行JS代码。包括我们自己写的JS代码、第三方JS代码以及natives module
2. 提供C++函数接口，为Node.js提供包括V8初始化、创建context, scope、为builtin module模拟生成JS prototype-based class、各种模版等服务 对于第2点，比如在 src\Tcp_wrap.cc中的TCPWrap::Initialize()函数内部，通过函数模版创建类似JS prototype-base class、类属性以及prototype method。

Node.js里面有一个大神，libuv，它是基于事件驱动的异步I/O模型库。在第2节可以看到，我们的JS代码发起的异步请求，最终由libuv完成，而我们所设置的回调函数则由libuv最初触发。也就是说，异步请求由我们的JS代码发起，由libuv完成，而回调函数的执行则由libuv最初触发。

Node.js提供了一些辅助函数，如String_byte.cc里面的base64编解码函数，它们存在的意义是为builtin modules提供服务。

V8 engine提供的函数接口，libuv提供的异步I/O模型库以及Node.js提供的其他辅助函数一起为builtin modules提供了生存的土壤。Builtin modules是由C++代码写成的各类模块，涵盖了crypto，zlib, file stream在内的各种基础功能。

Node.js还包含了Natives modules。它是由JS写成的，供我们的应用程序调用的库。同时，这些模块又依赖builtin module来获得相应的支持服务。例如我们在建立一个http server时所用到的http_server.js，其背后的支撑者是tcp_wrap.cc和libuv。

让我们再俯瞰一下node.js部分。如果把node.js看出一个黑盒子的话，其暴露给我们开发者的接口则是Native modules。 当我们的代码发起异步请求时， 请求自上而下，穿越Natvie module，通过builtin module将请求传递给V8, libuv和node.js辅助服务。 而当请求结束，则从下回溯而上，最终调用我们的请求回调函数。

需要强调的是，这里面的自上而下和自下而上的两个过程中间会相隔很远的时间。而这个时间差会被用来执行更多的其它代码。

1.3 我们的JS code

我们的JS code，依赖第三方模块以及Native modules完成自身业务需求。 假如我们的服务程序入口是 fooserv.js，那么通过 node fooserv.js启动我们的服务时，node会先做一些包括V8初始化,libuv启动在内的准备工作，然后交由V8 engine来执行Native module以及我们的JS代码。 这一部分的详细过程可以参考“Node.js挖掘之五：浅析模块加载流程,我们的应用如何启动以及如何加载依赖模块”。

2. 从函数调用流程看Node.js架构

让我们以建立一个http server时，重要的一步server.listen()为例，从函数调用流程来看看Node.js架构。 图中从左到右依次为V8 engine, Node.js wrapper以及 libuv。这3者组成了强大灵活的Node.js。 图2展示的是从JS代码呼叫server.listen()函数开始，开启的一段漫长旅程。旅程分为正、反两个方向。

图2：Node.js函数调用流程示例

V8 执行 JaveScript代码 server.listen(config.crypto.service.port, function () {}) 时会通过一些基础服务调到 TCPWrap::Listen()。TCPWrap是Node.js的内建模块。代码可以参考 src/Tcp_wrap.cc。 TCPWrap::Listen()是Node.js提供的wrapper函数，其通过调用libuv的API uv_listen() 的方式，由libuv来完成异步调用。 图中步骤1，2，3，4，5标明了调用和返回路径。这几步会很快结束。留下callback TCPWrap::OnConnection()等着所需要的数据准备好后被调用。

libuv在得到所需要的请求后，会调用callback TCPWrap::OnConnection()，在该函数最后通过 tcp_wrap->MakeCallback(env->onconnection_string(), ARRAY_SIZE(argv), argv) 调用V8 engine中的JavaScript callback

Node.js内建模块http其实是建立在模块net之上的。如果看net.js代码会发现，其通过 new TCP() 返回的类对象完成后续的TCP connect, bind, open等socket动作。

可以看到Node.js做的工作像是一座桥。左手V8，右手libuv，将2者有机连接在一起。例如HandleWrap::HandleWrap()中记录了V8 instance中的JavaScript对象以及TCPWrap对象。这样在TCPWrap::OnConnection()中可以拿到这两个对象，执行后续的callback调用。

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