NodeJS的基本組成

NodeJS是JavaScript運(yùn)行時(shí)，主要由V8引擎和libuv組成，其中V8使用 javascript 和 c++ 編寫，而libuv是純 c++ 編寫的，二者都是開源的。

V8引擎用于將 javascript 代碼轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可以執(zhí)行的機(jī)器碼；

而libuv則負(fù)責(zé)完成異步IO、與操作系統(tǒng)交互（文件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)模塊）、事件循環(huán)、線程池等等。

Node還有其它模塊：

• http-parser：用于解析http；
• c-ares：用于處理DNS請(qǐng)求；
• OpenSSL：用于加密和安全編程；
• zlib：與壓縮有關(guān)。

總而言之，NodeJS相當(dāng)于Javascript和操作系統(tǒng)之間的一個(gè)抽象層，為開發(fā)人員提供了API，使得開發(fā)人員可以編寫純JavaScript代碼來操控操作系統(tǒng)。

NodeJS的特點(diǎn)

• 單線程，基于事件驅(qū)動(dòng)的非阻塞IO模型，使得NodeJS非常輕量級(jí)和高效；
• 適用于需要快速且可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)密集型Web應(yīng)用程序，例如：
  • 帶有數(shù)據(jù)庫的API（最好是像MongoDB這樣的NoSQL數(shù)據(jù)庫）；
  • 數(shù)據(jù)流式傳輸
  • 實(shí)時(shí)聊天應(yīng)用
  • 服務(wù)端Web應(yīng)用（例如使用Pug這種模板引擎的模式）
• 不適用于CPU密集型的服務(wù)端處理任務(wù)，例如圖像處理、視頻轉(zhuǎn)換、文件壓縮等等。

NodeJS程序的工作流程

NodeJS工作在單線程中，在開發(fā)后端服務(wù)的時(shí)候，應(yīng)該時(shí)刻注意不要阻塞這個(gè)線程。

在啟動(dòng)NodeJS進(jìn)程之后，主線程的工作流程如下：

1. 初始化程序 initialize program
2. 執(zhí)行頂層代碼 execute top-level code
3. 獲取依賴模塊 require modules
4. 注冊(cè)回調(diào)事件 register event callbacks
5. 啟動(dòng)事件循環(huán) start event loop

事件循環(huán)是整個(gè)Node應(yīng)用的核心，只能應(yīng)付簡(jiǎn)單的任務(wù)，開銷較大的任務(wù)不能在事件循環(huán)中執(zhí)行，否則會(huì)阻塞主線程（對(duì)于后端服務(wù)來說是致命的）。

開銷較大的任務(wù)實(shí)際上會(huì)被卸載到libuv提供的線程池中執(zhí)行，線程池默認(rèn)的數(shù)量是4，可以配置，至多128個(gè)。（配置項(xiàng)是process.env.UV_THREADPOLL_SIZE）

如何卸載任務(wù)和卸載哪些任務(wù)到線程池是由Node處理的，與開發(fā)人員無關(guān)。會(huì)被卸載到線程池執(zhí)行的任務(wù)是計(jì)算開銷比較大的，比如：

1. 文件系統(tǒng)API
2. 與密碼學(xué)相關(guān)的API
3. 與壓縮有關(guān)的操作
4. DNS查詢

事件循環(huán)：

Node中的事件循環(huán)分為多個(gè)階段，每個(gè)階段都有對(duì)應(yīng)的回調(diào)隊(duì)列，每次到達(dá)一個(gè)階段，會(huì)執(zhí)行隊(duì)列里的任務(wù)。

當(dāng)隊(duì)列被清空或者執(zhí)行一定數(shù)量的任務(wù)后，則會(huì)進(jìn)入下一個(gè)階段。

具體流程如下：

詳細(xì)的總結(jié)可以看官方文檔：Node.js — The Node.js Event Loop (nodejs.org)

或者可以看我之前寫的一篇博客：[NodeJS] NodeJS事件循環(huán) - feixianxing - 博客園 (cnblogs.com)

對(duì)于剛開始嘗試使用NodeJS開發(fā)后端應(yīng)用的前端開發(fā)人員來說，使用NodeJS編寫服務(wù)端代碼有以下注意事項(xiàng)：

1. 在回調(diào)函數(shù)中使用fs、crypto、zlib的API都應(yīng)該使用異步的，因?yàn)檫@時(shí)已經(jīng)進(jìn)入事件循環(huán)階段了，不能阻塞；而在頂層同步代碼的范圍內(nèi)，則可以根據(jù)情況選擇同步或者異步API。

   案例：有一個(gè)接口，它的響應(yīng)與一個(gè)較大的文件有關(guān)，而這個(gè)文件的內(nèi)容是不變的。假如每次請(qǐng)求都去異步地讀取這個(gè)文件內(nèi)容，然后再返回的話，其實(shí)很耗費(fèi)時(shí)間，可以考慮在啟動(dòng)服務(wù)器的時(shí)候就同步/異步的讀取文件內(nèi)容保存到一個(gè)變量里，后續(xù)每次請(qǐng)求只需要拿變量的數(shù)據(jù)就OK了（其實(shí)就是做了個(gè)緩存，不需要每次請(qǐng)求都去磁盤找內(nèi)容，在服務(wù)啟動(dòng)的時(shí)候就把內(nèi)容先讀到內(nèi)存了）。

2. 不要執(zhí)行復(fù)雜的計(jì)算（即時(shí)間復(fù)雜度高的算法）；

3. 謹(jǐn)慎處理復(fù)雜對(duì)象的JSON序列化；

4. 不要使用復(fù)雜的正則表達(dá)式；

5. 將耗時(shí)任務(wù)卸載給線程池或者使用child.processes；

總結(jié)：核心思想就是不要阻塞主線程，因?yàn)閬碜运杏脩舻乃姓?qǐng)求都通過主線程處理，一旦阻塞基本上服務(wù)就廢了。

事件驅(qū)動(dòng)架構(gòu)

NodeJS提供了一個(gè)events模塊，其中有一個(gè)類是EventEmitter，這個(gè)類是NodeJS事件驅(qū)動(dòng)架構(gòu)的核心，很多其它NodeJS的核心類都繼承了這個(gè)類。

http模塊中的 server 就是繼承了EventEmitter，因此有相關(guān)的 on 方法：

const server = http.createServer();
server.on('request', (req, res)=>{
 console.log('Request received');
 res.end('Request received');
});

EventEmitter是基于發(fā)布/訂閱模式設(shè)計(jì)的：

• 發(fā)布者Emitters通過emit方法發(fā)布指定名稱的事件；
• 訂閱者Listeners通過on方法訂閱指定名稱的事件并注冊(cè)回調(diào)函數(shù)。

簡(jiǎn)單地介紹發(fā)布/訂閱模式：發(fā)布者和訂閱者之間是松散耦合的，它們互相不知道對(duì)方的存在，僅通過中間的消息代理進(jìn)行通信。

EventEmitter使用指南：

1. 限制監(jiān)聽器數(shù)量：一個(gè)事件如果有太多監(jiān)聽器會(huì)占用大量?jī)?nèi)存。可以使用 setMaxListeners 方法來控制最大監(jiān)聽器數(shù)量。

   const EventEmitter = require('events');
   const emitter = new EventEmitter();
   emitter.setMaxListeners(10); // 設(shè)置最大監(jiān)聽器數(shù)量為10
   

2. 正確處理錯(cuò)誤：始終提供錯(cuò)誤監(jiān)聽器以捕獲和優(yōu)雅地處理錯(cuò)誤；如果沒有監(jiān)聽錯(cuò)誤事件，emit('error')會(huì)拋出異常，并打印調(diào)用堆棧，結(jié)束進(jìn)程。

3. 移除不再使用的監(jiān)聽器：在不再需要時(shí)清理監(jiān)聽器，以釋放資源。

4. 使用描述性的事件名稱：使用有意義且描述性的事件名稱，使代碼更加可讀和易于維護(hù)。

參考

[1] B站 NodeJS 教學(xué)視頻
[2] Events | Node.js v22.4.0 Documentation
[3] Node.js——The Node.js Event Loop
[4] [NodeJS] NodeJS事件循環(huán) - feixianxing - 博客園
[5] geeks for geeks: What is EventEmitter in Node.js ?