摘要：具體調(diào)用鏈路如圖函數(shù)主要是解析啟動(dòng)參數(shù)，并過濾選項(xiàng)傳給引擎。查閱文檔之后發(fā)現(xiàn)，通過指定參數(shù)可以設(shè)置線程池大小。原來的字節(jié)碼編譯優(yōu)化還有都是通過多線程完成又繼續(xù)深入調(diào)查，發(fā)現(xiàn)環(huán)境變量會影響的線程池大小。執(zhí)行過程如下調(diào)用執(zhí)行。

作者：正龍 （滬江Web前端開發(fā)工程師）
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隨著Node.js的普及，越來越多的開發(fā)者使用Node.js來搭建環(huán)境，也有很多公司開始把Web站點(diǎn)遷移到Node.js服務(wù)器。Node.js的優(yōu)勢顯而易見，本文不再贅述，那么它是如何做到的呢？內(nèi)部的邏輯又是什么？帶著這些問題，筆者開始了研究Node.js的漫漫長征路。今天，筆者將跟大家探討一下Node.js的啟動(dòng)原理。

Node.js內(nèi)部主要依賴Google的V8引擎和libuv實(shí)現(xiàn)。V8，想必大家會比較熟悉，它首創(chuàng)把JavaScript直接翻譯成匯編代碼的方式執(zhí)行，讓很多不可能變成了可能，例如Node.js。libuv，是一個(gè)跨平臺的異步IO庫，它所說的IO除了包含本地文件操作，還包含TCP、UDP等網(wǎng)絡(luò)套接字操作，范圍甚至可以擴(kuò)展到所有流操作（Stream）。所以，我們可以把Node.js理解為添加了網(wǎng)絡(luò)功能的V8。

為了描述方便，下面提到的環(huán)境是基于Windows 7專業(yè)版。用MAC的伙伴們也不用慌，內(nèi)容實(shí)質(zhì)仍然適用，可能具體名詞有些區(qū)別。另外，伙伴們可以下載一份Node.js的源代碼（點(diǎn)此下載），本文用的是6.10.0 LTS。

我們打開Node.js的二進(jìn)制發(fā)布包，里面內(nèi)容很簡單：node.exe、npm和node.h頭文件。node.h頭文件只有開發(fā)Node.js插件時(shí)才會用到。當(dāng)我們啟動(dòng)node.exe時(shí)，它到底做了哪些事情？

首先，它是一個(gè)EXE可執(zhí)行文件，那肯定會有一個(gè)main函數(shù)。Node.js的main函數(shù)定義在node_main.cc中，它主要是初始化V8 Platform和v8引擎；然后會啟動(dòng)一個(gè)Node.js實(shí)例。具體調(diào)用鏈路如圖：

Init函數(shù)主要是解析Node.js啟動(dòng)參數(shù)，并過濾V8選項(xiàng)傳給JavaScript引擎。

Node.js的main函數(shù)原來這么短，那它應(yīng)該很快運(yùn)行完并返回。實(shí)際上，命令行窗口會一直等待著，并沒有馬上退出，這又是怎么回事呢？答案就在StartInstance里。首先它會創(chuàng)建V8執(zhí)行沙盒，生成并初始化Node.js運(yùn)行環(huán)境對象，然后啟動(dòng)Node.js的循環(huán)等待。具體如圖：

也就是說Node.js的主線程主要消費(fèi)來自UV默認(rèn)事件循環(huán)(uv_default_loop)和V8的MainThreadQueue和MainThreadDelayedQueue的任務(wù)。uv_run是一個(gè)阻塞調(diào)用。如果隊(duì)列中有任務(wù)，則執(zhí)行并返回true，如果沒有的話，會阻塞住當(dāng)前線程；如果返回false，則整個(gè)Node.js進(jìn)程會釋放資源并退出。注意參數(shù)UV_RUN_ONCE，意思是從隊(duì)列中只取一個(gè)任務(wù)執(zhí)行，不管隊(duì)列中當(dāng)前是否有多個(gè)任務(wù)。

到這兒，大概可以理解到Node.js的“單線程”是怎么回事。那運(yùn)行的Node.js進(jìn)程確實(shí)只開啟了一個(gè)線程嗎？我們打開任務(wù)管理器看看：

實(shí)際上，Node.js進(jìn)程當(dāng)前有7個(gè)線程。查閱文檔之后發(fā)現(xiàn)，Node.js通過指定參數(shù)--v8-pool-size可以設(shè)置V8線程池大小。原來V8的字節(jié)碼編譯、優(yōu)化還有GC都是通過多線程完成；又繼續(xù)深入調(diào)查，發(fā)現(xiàn)環(huán)境變量UV_THREADPOOL_SIZE會影響libuv的線程池大小。

Node.js目前為止做的事情可以歸納為，初始化V8和libuv。接下來，我們看看Node.js自身運(yùn)行環(huán)境是怎樣構(gòu)建起來的。Node.js自身的運(yùn)行環(huán)境由Environment類表示，我們需要把process對象構(gòu)建起來。process對象在JavaScript應(yīng)用代碼中是可以訪問到，它的文檔可以狠戳這兒。注意，process現(xiàn)在還沒有賦值給Global對象。CreateEnvironment執(zhí)行流程如圖：

調(diào)用setAutorunMicrotask禁止V8自己消費(fèi)隊(duì)列中的任務(wù)。SetupProcessObject主要設(shè)置process的屬性，例如比較重要的binding，還有其它提供給開發(fā)者的字段，比如cpuUsage、hrtime、uptime等。binding用于獲取C/C++構(gòu)建的模塊，Node.js中的net庫就是通過這種方式最終調(diào)用到libuv。

binding就是做模塊查找，其執(zhí)行過程如下：

從Args中獲取到模塊名稱。

從Binding Cache中看是否能找到模塊，如果有直接返回模塊的exports。

3往Module Load List中追加一條模塊記錄，名稱為"binding " + 模塊名。

調(diào)用get_builtin_module，參數(shù)是模塊名，get_builtin_module會從modlist_builtin列表中查找內(nèi)置模塊，所有內(nèi)置模塊和第三方擴(kuò)展都記錄在modlist_builtin列表中。C/C++模塊通過NODE_MODULE_CONTEXT_AWARE_BUILTIN注冊，第三方擴(kuò)展模塊通過NODE_MODULE注冊。最終都會調(diào)用node_module_register。node_module結(jié)構(gòu)體包含注冊函數(shù)、模塊名稱、文件名稱等信息。

如果查找到，則返回對應(yīng)模塊的exports。

如果模塊名是constants，則調(diào)用DefineContstants。

如果模塊名是natives，則調(diào)用DefineJavaScript，會返回所有內(nèi)置模塊，它們一般由Javascript實(shí)現(xiàn)。這些模塊在/lib目錄下，會通過js2c.py轉(zhuǎn)成c代碼，js2c.py會生成一個(gè)臨時(shí)文件node_natives.h，里面包含了NODE_NATIVES_MAP的定義。

否則，拋出錯(cuò)誤：沒有指定名稱的模塊。

環(huán)境對象準(zhǔn)備好之后，就開始真正加載Node.js自身提供的JavaScript類庫代碼。LoadEnvironment執(zhí)行過程如下：

調(diào)用ExecuteString執(zhí)行bootstrap_node.js。bootstrap_node.js文件里定義了一個(gè)函數(shù)它會往Global對象上添加屬性，通過internal/module加載Node.js自身提供的JavaScript類庫。

執(zhí)行上一步返回的函數(shù)，并傳入env->process_object()對象。

到這兒，我們可以總結(jié)2個(gè)問題：

Node.js里面自己提供的JavaScript庫是怎么實(shí)現(xiàn)的？

通過C/C++代碼封裝成Node.js內(nèi)置模塊，然后再通過process.binding暴露給JavaScript。

JavaScript庫文件是怎么打包在node.exe中？

Node.js內(nèi)置的JavaScript文件，通過js2c.py編譯生成臨時(shí)文件node_natives.h。

原理思路基本搞明白之后，下面我們來做個(gè)小實(shí)例：如何把C++對象暴露給JavaScript。
程序主要是C++和JavaScript的交互，通過Node.js插件的方式運(yùn)行。所以大家需要先了解下如何編譯Node.js插件，官方文檔猛戳這兒。

首先定義要導(dǎo)出的C++類，構(gòu)造器可以傳入一個(gè)數(shù)值；調(diào)用成員方法PlusOne，數(shù)值自增1并返回當(dāng)前值。

namespace demo {
    class MyObject : public node::ObjectWrap {
    public:
        static void Init(v8::Local exports);
        static void NewInstance(const v8::FunctionCallbackInfo& args);
        inline double value() const { return _value; }

    private:
        explicit MyObject(double value = 0);
        ~MyObject();

        static void New(const v8::FunctionCallbackInfo& args);
        static void PlusOne(const v8::FunctionCallbackInfo& args);
        static v8::Persistent constructor;
        double _value;
    };
}

實(shí)現(xiàn)文件

    void MyObject::NewInstance(const FunctionCallbackInfo& args) {
        Isolate* isolate = args.GetIsolate();

        const unsigned argc = 1;
        Local argv[argc] = { args[0] };
        Local cons = Local::New(isolate, constructor);
        Local context = isolate->GetCurrentContext();
        Local