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前端时间学习了Node.js，重点看了《深入浅出Node.js》这本书，作为一个对javascript只有概念性认识的后端程序员，对Node多少有了一些自己的认识。将学习过程整理成两篇（理论篇、实战篇），方便与大家交流讨论。本文是第一篇——理论篇。

概念与源起

首先来看Node.js官网给出的对node的描述：

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.

从该描述中，我们可以找出几个关键词：

JavaScript runtime：表明node.js是一个javascript的运行时环境。

V8：node构建在V8引擎上。

event-driven：时间驱动。

non-blocking I/O：非阻塞I/O。

以上四个特性成就了Node.js的流行，使它一度成为了github上最受关注的开源项目。

Node.js诞生于2009年。2009年5月，Ryan Dahl 在GitHub上发布了Node.js的最初版本。仅仅两年后，2011年11月，Node超过Ruby on Rails，成为GitHub上关注度最高的项目。(目前排在第4位, https://github-ranking.com/)

Node.js作者Ryan Dahl

github关注度排行。2016.8.29

Javascript发展历史

任何一项新技术都不是凭空产生的，而是在一个时代的大背景下，通常是站在巨人的肩膀上，Node.js也不例外。由于node.js使用javascript作为开发语言，因此这里我们来简单回顾一下javascript的发展历程。

javascript发展历史

1990年，www(world wide web)诞生，这是整个互联网的基石。

1994年，盛极一时的网景公司成立，并发布了navigator浏览器，大获成功，迅速占领了整个浏览器市场90%的份额。

1995年，网景公司意识到，需要一种一种运行在浏览器端的脚本，由于当时的带宽非常有限，很多表单数据提交到服务器后，才发现表单填写错误，这对带宽是一种浪费，如果能够在客户提交请求之前就做好检查，则一方面可以提升用户体验，另一方面减少带宽占用以及服务器端压力。在这种背景下，他们开发了一种脚本语言，名叫Mocha。由于同年，Java语言也刚刚诞生并大获流行，为了更提高知名度，网景公司与sun公司达成协议，将Mocha更名为Javascript。

1997年，为了使javascript能够成为浏览器脚本语言的通行标准，网景公司将javascript提交到ECMA标准化组织，该组织发布了ECMAScript1.0版本，javascript正式成为一种规范。

2005年，Ajax技术诞生。异步的应用，大大提升了客户端浏览体验。

2008年，google发布了V8引擎，该引擎性能强劲，是javascript引擎中名副其实的王者，这也使得javascript的性能不再成为瓶颈，为javascript的大范围应用提供了基础。

2009年，CommonJS规范发布，定义了很多应用程序接口，如文件系统，IO等，从而填补了javascript在浏览器之外领域的空白。该规范希望javascript可以在任何地方执行。同年，Node.js诞生，可以看到，Node.js的成功虽然离不开其基于事件的、异步IO特性，但是也离不开v8引擎的性能驱动以及commonJS规范的理论基础。

2010年，npm包管理器发布，从此开发者可以更方便的发布js模块，极大的促进了javascript生态的繁荣。

2011年，Node.js项目成为github最受欢迎的项目。

应用场景

基于node的特性，它特别适合两类应用：

IO密集型

可以使用node来搭建RESTfull API，来响应客户端的高并发请求。典型的RESTfull API通常的逻辑是接受请求，解析参数，然后查询数据库或缓存，进行一些简单的业务处理，然后返回结果。其中数据库查询是比较耗时的IO操作，其他业务处理都是非常快的，因此这种场景就适合使用Node.js来处理。

数据密集型

大批量数据的处理场景，例如队列输入，实时仪表盘等。淘宝指数就曾使用node.js来搭建服务，另外还有linkedid的移动端服务。linkedin在2011 年将核心移动端服务从ruby迁移到node.js，负责人给出三点理由：

（1）更高的性能，在特定场景下Node.js能比Rails快20倍。

（2）使用3个服务器而不是30个就能应对10倍的流量增长。

（3）前端工程师能够进行后端代码的开发，两个团队实际上合二为一了。

同步or异步

同步与异步的区别在于消息通知机制：

同步：发起调用后，被调用者不会立即返回结果，而是直到执行完毕才返回。（主动获取结果）

异步：发起调用后，被调用者立即返回，但是真正的结果是在被调用者执行完毕后通过消息通知、回调等方式告知调用者。（被动等结果通知）

同步

异步

拿去餐厅吃包子为例，同步的方式是，点完包子后，服务员不会主动告诉你包子好没好，你要想能吃到包子，就得自己反复的询问：“我的包子好了吗？”，最终吃到包子前，可能需要经过多次轮询。而异步则是点了包子后，服务员给你一个号码牌，你自己不用去问，包子好了会喊号。

阻塞or非阻塞

阻塞与非阻塞的区别在于等待结果的过程中会不会被挂起：

阻塞：结果返回前，调用方挂起，不能执行其他任务。（挂起）

非阻塞：结果返回前，调用方无需挂起，可以执行其他任务。（不挂起）

阻塞

非阻塞

仍然拿吃包子为例，阻塞的方式是：店里只有一个厨师，你点了包子后，他就去后厨做了，你也不知道他什么时候能做好，只能一直等着。非阻塞的方式是：店里有一个服务员，你点了包子后，服务员告诉厨师做包子，你可以随时问包子好了没有，如果没好，你可以做别的事情，如果好了，你就可以拿走吃包子了。

单线程or多线程

单线程和多线程区别在于任务是不是连续执行，会不会被中断：

单线程：一个任务处理完后才处理下一个任务。（无任务切换）

异步：同时处理多个任务，每个任务执行一段时间然后切换到下一个任务。（任务不断切换）

单线程

多线程

单线程：大家排好队买包子，一个一个的点单，做好了张三的包子，再给李四点单。

多线程：只有有人买包子，就可以点单，如果张三和李四都点单了，就做一会张三的包子，做一会李四的包子，哪个包子做好了就给哪个。

Node的就餐体验

店里有一个服务员负责点单，每个人点单后可以领到一个号码牌，包子好了就叫号。后厨有多名厨师负责制作包子。类似于肯德基和麦当劳。

异步：点完包子后，领到号码牌，等着叫号

非阻塞：等待叫号期间，可以做别的事

单线程：前台给一个客户点完餐后，接着给下一个客户点餐。

node执行过程

Node.js架构

node架构

application/modules：我们的应用程序或者模块，由javascript写成。

c/c++ binding：打通js和c++通信的胶水。由于上层应用是javascript，而v8和底层实现由C++写成，因此需要胶水语言进行不同语言间的通信。

Addons：提供给开发者使用的开发c模块供上层js使用的工具。

libuv：屏蔽不同操作系统底层异步功能的实现。Window系统使用IOCP（Input/Output Completion Port）实现；Linux系统使用epoll系统调用实现。

其他组件：包括node实现的一些底层功能模块，包括文件系统、http等等，也包括开发者自己用c++实现的功能模块。

IOCP和epoll

IOCP（I/O Completion Port）：IO完成端口，是一种windows中的异步IO模式。其原理大致如下（个人理解，如有错误，敬请指正）：

IOCP原理

首先有一个主线程，用于不停的接受IO请求，然后将请求绑定到ICOP上，然后发起一个异步调用去执行IO操作。IO完成后，数据已经被写入到缓冲区，同时将完成信息放入IOCP中。IOCP虽然名为完成端口，但其实是一个类似队列的存在，用于存放已经完成的IO事件信息。另有一个工作线程池，每个线程不停的检查IOCP中是否有完成的IO操作，如果有的话，就从缓冲区中读取已经完成的数据信息，执行后续的数据处理操作。

epoll是Linux内核为处理大批量文件描述符而作了改进的poll，是Linux下多路复用IO接口select/poll的增强版本，其大致工作原理如下：

epoll工作原理

在Linux中，有关epoll有3个系统调用函数，分别是epoll_create，epoll_ctl，epoll_wait。

epoll_create用于初始化，会在内核中创建一个高速cache，其中保存了一颗红黑树，每一个节点是一个IO事件。

epoll_ctl：用于添加IO事件，会将新的IO事件添加到红黑树中，等待执行。每个IO事件被注册到系统中断中，当执行完毕后，就放入就绪队列。

epoll_wait：从就绪队列中检查是否有已完成的IO事件，有的话做下一步处理。

Node.js生态

一项新的技术，我们是否考虑在生产环境使用，除了它本身是否足够优秀外，还要考虑这些技术的生态，是否有好的技术支持，是否有活跃的技术社区。就像我们买房子，除了房子本身的质量外，我们还会考虑物业是否完善，周围的配套设施是否完备。

可以说，node具有了非常良好的生态，一方面，有node.js基金会来负责维护，会不定期发布新版本，修改上个版本的bug（有好物业）；另一方面，有非常繁荣的开发者社区，github上有成千上万的node模块，提供的日常开发所用到的各种基础模块，例如socket编程，mvc，单元测试，运维等等，基础设施足够完备。

有了以上基础，我们有理由相信，node.js将可以在很多领域给我们带来非常出色的表现，我们也可以尝试去使用这项技术。