前言：越来越多同学在使用Node.js，大家也不同程度地理解Node.js是什么。比如Node.js是由V8、Libuv、JS组成的，Node.js底层是C\C++，Node.js不是语言是运行时。本文通过实现一个类Node.js的JS运行时No.js，去理解Node.js的本质。No.js是我之前写的一个JS运行时，概念上是这么说，但是它算不上真正的运行时，它只是个demo，但是它让你看到如果你有兴趣，你也可以写个Node.js。
首先我们看看V8的基本用法。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include "include/libplatform/libplatform.h"
#include "include/v8.h"
int main(int argc, char* argv[]) {
// Initialize V8.
v8::V8::InitializeICUDefaultLocation(argv[0]);
v8::V8::InitializeExternalStartupData(argv[0]);
std::unique_ptr<v8::Platform> platform = v8::platform::NewDefaultPlatform();
v8::V8::InitializePlatform(platform.get());
v8::V8::Initialize();
v8::Isolate::CreateParams create_params;
create_params.array_buffer_allocator =
v8::ArrayBuffer::Allocator::NewDefaultAllocator();
// 创建一个Isolate，表示一个隔离的实例
v8::Isolate* isolate = v8::Isolate::New(create_params);
{
v8::Isolate::Scope isolate_scope(isolate);
// 定义一个HandleScope 管理下面的handle内存的分配和释放
v8::HandleScope handle_scope(isolate);
// 创建一个上下文，js里访问的东西来自context
v8::Local<v8::Context> context = v8::Context::New(isolate);
v8::Context::Scope context_scope(context);
// 定义我们要执行的代码
v8::Local<v8::String> source = v8::String::NewFromUtf8(isolate, "'Hello' + ', World!'",v8::NewStringType::kNormal).ToLocalChecked();
// 编译脚本
v8::Local<v8::Script> script = v8::Script::Compile(context, source).ToLocalChecked();
// 执行脚本
v8::Local<v8::Value> result = script->Run(context).ToLocalChecked();
// 输出结果
v8::String::Utf8Value utf8(isolate, result);
printf("%s\n", *utf8);
}
// Dispose the isolate and tear down V8.
isolate->Dispose();
v8::V8::Dispose();
v8::V8::ShutdownPlatform();
delete create_params.array_buffer_allocator;
return 0;
}
我们看代码很多，但是大部分的根据V8文档就行，最核心的是context和脚本的定义，我们看到这里的context是V8提供的内容，然后执行的JS脚本也平平无奇。下面我们要做的事情就是拓展这个context，给他注入一下新功能，相应地，在JS里也就能访问V8内置变量之外的变量，我们看看怎么搞。
// 拿到一个全局变量，这个就是我们在js里对应的全局变量
Local<Object> global = context->Global();
// 定义一个字符串对象
Local<Value> key = String::NewFromUtf8(isolate, "TCP",
NewStringType::kNormal,
strlen("TCP")).ToLocalChecked();
Local<Value> cbdata = String::NewFromUtf8(isolate, "dummy",
NewStringType::kNormal,
strlen("dummy")).ToLocalChecked();
// 定义一个函数
Local<Function> func = Function::New(context,
// 执行func时会调用Invoke，cbdata是入参
Invoke,
cbdata).ToLocalChecked();
// 把函数注册到全局变量，这样我们在js里就可以使用key该函数了
Maybe<bool> ignore = global->Set(context, key, func);
// 打开文件
int fd = open(argv[1], O_RDONLY);
struct stat info;
// 取得文件信息
fstat(fd, &info);
// 分配内存保存文件内容
char *ptr = (char *)malloc(info.st_size + 1);
// 读取文件搭配ptr，Mac os的read函数定义第二个参数是void *
read(fd, (void *)ptr, info.st_size);
// 要执行的js代码
Local<String> source = String::NewFromUtf8(isolate, ptr,
NewStringType::kNormal,
info.st_size).ToLocalChecked();
上面代码主要分为几个部分。 1 从context中获取全局变量。 2 定义一个新功能，并注入到全局变量，这样我们就可以在JS里访问了。 3 打开一个文件并且读取进来，交给V8编译执行。 下面我们看重点，即我们自定义的功能。从注释里我们看到我们给注入了一个TCP的全局变量。他的值是一个函数。当我们在JS里执行TCP这个函数的时候，就会执行我们自定义的C++函数，并传入实参。我们定义的函数是Invoke，我们看看实现。
static void Invoke(const FunctionCallbackInfo<Value>& info) {
Isolate * isolate = info.GetIsolate();
// 新建一个函数模版，模版函数是TCPServer::NewTCPServer
Local<FunctionTemplate> Server = FunctionTemplate::New(isolate, TCPServer::NewTCPServer);
Local<String> tcpServerString = String::NewFromUtf8(isolate, "TCPServer", NewStringType::kNormal, strlen("TCPServer")).ToLocalChecked();
// 函数名
Server ->SetClassName(tcpServerString);
// 预留一个指针空间，保存一些自定义的上下文
Server->InstanceTemplate()->SetInternalFieldCount(1);
// 设置TCPServer的原型方法
SetProtoMethod(isolate, Server, "socket", TCPServer::TCPServerSocket);
SetProtoMethod(isolate, Server, "bind", TCPServer::TCPServerBind);
SetProtoMethod(isolate, Server, "listen", TCPServer::TCPServerListen);
SetProtoMethod(isolate, Server, "accept", TCPServer::TCPServerAccept);
//SetProtoMethod(isolate, Server, "setsockopt", TCPServer::TCPServerSetsockopt);
info.GetReturnValue().Set(Server->GetFunction(isolate->GetCurrentContext()).ToLocalChecked());
}
上面代码看起来很复杂，主要是对V8 API的使用。在V8里，我们自定义的函数格式如下
static void func(const FunctionCallbackInfo<Value>& info) {
info.GetReturnValue().Set(返回值);
}
入参是 FunctionCallbackInfo<Value>，函数的返回值通过info.GetReturnValue().Set函数设置。即我们在JS层拿到的内容。上面代码翻译成JS如下。
function Invoke() {
return Server;
}
function Server() {
TCPServer.NewTCPServer(this);
}
Server.prototype.socket = function socket() {
return this[0].socket();
}
class TCPServer(){
constructor(target) {
target[0] = this;
this.persistent_handle_ = target;
}
static NewTCPServer(target) {
new TCPServer(target);
}
socket() {}
bind() {}
...
}
可以看到，执行Invoke后拿到一个函数TCPServer。然后我们执行new TCPServer，JS代码如下（server.js）
const Server = TCP();
const server = new Server('127.0.0.1', 8989);
server.socket();
server.bind();
server.listen();
while(1) {
server.accept();
}
当我们执行new Server的时候。V8首先会创建一个对象obj，然后执行TCPServer.NewTCPServer。并传入obj对象。
static void NewTCPServer(const FunctionCallbackInfo<Value>& info) {
String::Utf8Value ip_address(info.GetIsolate(), info[0]);
int port = info[1].As<Uint32>()->Value();
// info.This()就是obj
new TCPServer(info.GetIsolate(),info.This(), *ip_address, port);
}
// 在this中保存object，析构C++对象的时候需要重置object[0]
TCPServer(Isolate* isolate, Local<Object> object, char * ip, int port): _isolate(isolate),persistent_handle_(isolate, object), _ip(ip), _port(port) {
// obj[0]=this
object->SetAlignedPointerInInternalField(0, static_cast<void*>(this));
}
NewTCPServer同样创建一个对象this，然后通过obj[0]=this关联起来，这是核心逻辑，一会我们会看到有什么用。接下来我们执行一系列网络编程的函数，不过原理是一样的，我们就分析server.socket()。因为server是一个Server实例。所以server.socket() 对应的函数是Server.prototype.socket。这个函数会从this中取出真正对象（TCPServer实例）的socket函数。然后执行它。
// 执行真正对象的socket函数
static void TCPServerSocket(const FunctionCallbackInfo<Value>& info) {
GetTCPServer(info.Holder())->Socket();
}
// 取出真正的对象，即obj[0]
static TCPServer * GetTCPServer(Local<Object> object) {
return reinterpret_cast<TCPServer *>((*reinterpret_cast<v8::Local<Object>*>(&object))->GetAlignedPointerFromInternalField(0));
}
从中我们可以看到Server函数是一个透传的作用。他主要用于适配V8的协议。真正的逻辑是在它关联的对象中实现的。其余的实现如下。
int Socket() {
listerFd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
return listerFd;
}
int Bind() {
struct sockaddr_in serv_addr;
memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(_ip);
serv_addr.sin_port = htons(_port);
return bind(listerFd, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));
}
int Listen() {
return listen(listerFd, 512);
}
int Accept() {
int clientFd = accept(listerFd, nullptr, nullptr);
// 返回ok，然后关闭TCP连接
const char * rsp = "connect ok";
write(clientFd, rsp, sizeof(rsp));
close(clientFd);
return 0;
}
int Setsockopt(int level, int optionName, const void *optionValue, socklen_t option_len) {
return setsockopt(listerFd, level, optionName, optionValue, option_len);
}
int Close() {
return close(listerFd);
}
都是对socket网络编程的封装。最后我们通过No server.js启动服务器，全部代码执行完后，最后阻塞在accept。
while(1) {
server.accept();
}
这时候我们启动客户端。
const net = require('net');
function handle() {
setTimeout(() => {
const socket = net.connect({host: '127.0.0.1', port: 8989 });
socket.on('connect', () => {
console.log('ok');
socket.destroy();
handle();
});
}, 1000);
}
handle();
我们会看到不断输出ok，因为一直在断连重连。至此我们通过拓展V8完成了一个服务器的开发。
后记：本文通过拓展V8实现一个简单的朴素版TCP服务器来了如何拓展V8，而Node.js正是用了这种方式。再封装一下操作系统的文件、网络、进程、线程、IPC等等，我们也可以实现一个Node.js。当然，这是理论上。No.js仓库https://github.com/theanarkh/No.js，大家可自行编译
因为我不懂c++,所以我没怎么看懂，这大约只是实现了在js调用c语言函数的功能，任何一个解释器都必定会有与宿主语言通信的功能，因此这并没有什么特别的 很忏愧的事情是我写node也几年了，至今也没有看懂别人写的关于node.js事件循环的内容，原因就是他们根本没有说清楚为什么有事件循环，为什么要事件循环。 我最近在玩lua，我发现lua同样是单线程，它同样可以玩并发的网络通信，但是它用的却是协程而不是回调 js有协程吗？有！但js不叫协程，叫生成器(Generator)，是在es6才成为正式标准， es6是2015年才发布，而node诞生在2009年 至于协程实现和回调实现哪个效率高，这个暂时没有研究，虽然协程可以模拟出来，但是如果js早就提供了协程的语法，也许node会走上另一条道路
事件循环不仅仅Node.js里有，Nginx，Redis也有，单线程并且没有协程的情况下，用事件循环是很自然的，如果不用的话，你觉得代码架构是怎样的呢。你提到了js协程，我觉得js只是壳子，重点是Libuv要实现协程。协程可以避免上下文切换。但是Node.js是单线程的，没有什么切换。用协程只是改变了编码方式，是回调还是同步方式而已。这时候系统里就是一堆协程，比如启动了个服务器，调accept发现没有连接，yield一下给epoll所在协程执行。epoll阻塞，连接到来，epoll yield到服务器协程执行。对单线程服务器来讲，高性能并发的核心是epoll。lua大概也是epoll加协程吧，这种就可以同步方式写异步代码了。也不用事件循环了。 以上纯属个人见解。
@theanarkh lua是怎么简单怎么来，解决的是有没有的问题，很粗暴的用select，因为Lua选择用协程来实现单线程的并发，因此它没有出现回调地狱 生成器出现的时候很多人也是用来解决写同步代码的问题，到后面的async/await也是借鉴了协程的概念 我个人认为node原理应该是libuv+事件循环+v8，这里面如果把v8换成lua，那就是node.lua了
