這篇文章主要介紹Nodejs的運(yùn)行原理是什么，文中介紹的非常詳細(xì)，具有一定的參考價(jià)值，感興趣的小伙伴們一定要看完！
前言
Node目前處境稍顯尷尬，很多語(yǔ)言都已經(jīng)擁有異步非阻塞的能力。阿里的思路是比較合適的，但是必須要注意，絕對(duì)不能讓node做太多的業(yè)務(wù)邏輯，他只適合接收生成好的數(shù)據(jù)，然后或渲染后，或直接發(fā)送到客戶端。
為什么nodejs 還可以成為主流技術(shù)哪？
是因?yàn)閚odejs 對(duì)于大前端來(lái)說(shuō)還是非常重要的技術(shù)?。。∪绻憷斫鈔odejs 的編程原理，很容易就會(huì)理解angularjs，reactjs 和vuejs 的設(shè)計(jì)原理。
NodeJS
Node是一個(gè)服務(wù)器端JavaScript解釋器，用于方便地搭建響應(yīng)速度快、易于擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。Node使用事件驅(qū)動(dòng)，非阻塞I/O 模型而得以輕量和高效，非常適合在分布式設(shè)備上運(yùn)行數(shù)據(jù)密集型的實(shí)時(shí)應(yīng)用。
Node是一個(gè)可以讓JavaScript運(yùn)行在瀏覽器之外的平臺(tái)。它實(shí)現(xiàn)了諸如文件系統(tǒng)、模塊、包、操作系統(tǒng) API、網(wǎng)絡(luò)通信等Core JavaScript沒(méi)有或者不完善的功能。歷史上將JavaScript移植到瀏覽器外的計(jì)劃不止一個(gè)，但Node.js 是最出色的一個(gè)。
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V8引擎
V8 JavaScript引擎是Google用于其Chrome瀏覽器的底層JavaScript引擎。很少有人考慮JavaScript在客戶機(jī)上實(shí)際做了些什么!
實(shí)際上，JavaScript引擎負(fù)責(zé)解釋并執(zhí)行代碼。Google使用V8創(chuàng)建了一個(gè)用C++編寫(xiě)的超快解釋器，該解釋器擁有另一個(gè)獨(dú)特特征；您可以下載該引擎并將其嵌入任何應(yīng)用程序。V8 JavaScript引擎并不僅限于在一個(gè)瀏覽器中運(yùn)行。
因此，Node實(shí)際上會(huì)使用Google編寫(xiě)的V8 JavaScript引擎，并將其重建為可在服務(wù)器上使用。
事件驅(qū)動(dòng)
在我們使用Java，PHP等語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)編程的時(shí)候，我們面向?qū)ο缶幊淌峭昝赖木幊淘O(shè)計(jì)，這使得他們對(duì)其他編程方法不屑一顧。卻不知大名鼎鼎Node使用的卻是事件驅(qū)動(dòng)編程的思想。那什么是事件驅(qū)動(dòng)編程。
事件驅(qū)動(dòng)編程，為需要處理的事件編寫(xiě)相應(yīng)的事件處理程序。代碼在事件發(fā)生時(shí)執(zhí)行。
為需要處理的事件編寫(xiě)相應(yīng)的事件處理程序。要理解事件驅(qū)動(dòng)和程序，就需要與非事件驅(qū)動(dòng)的程序進(jìn)行比較。實(shí)際上，現(xiàn)代的程序大多是事件驅(qū)動(dòng)的，比如多線程的程序，肯定是事件驅(qū)動(dòng)的。早期則存在許多非事件驅(qū)動(dòng)的程序，這樣的程序，在需要等待某個(gè)條件觸發(fā)時(shí)，會(huì)不斷地檢查這個(gè)條件，直到條件滿足，這是很浪費(fèi)cpu時(shí)間的。而事件驅(qū)動(dòng)的程序，則有機(jī)會(huì)釋放cpu從而進(jìn)入睡眠態(tài)（注意是有機(jī)會(huì)，當(dāng)然程序也可自行決定不釋放cpu），當(dāng)事件觸發(fā)時(shí)被操作系統(tǒng)喚醒，這樣就能更加有效地使用cpu。
來(lái)看一張簡(jiǎn)單的事件驅(qū)動(dòng)模型（uml）：
事件驅(qū)動(dòng)模型主要包含3個(gè)對(duì)象：事件源、事件和事件處理程序。
? 事件源：產(chǎn)生事件的地方(html元素)
? 事件：點(diǎn)擊/鼠標(biāo)操作/鍵盤(pán)操作等等
? 事件對(duì)象：當(dāng)某個(gè)事件發(fā)生時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生一個(gè)事件對(duì)象，該時(shí)間對(duì)象會(huì)封裝好該時(shí)間的信息，傳遞給事件處理程序
? 事件處理程序：響應(yīng)用戶事件的代碼
運(yùn)行原理
當(dāng)我們搜索Node.js時(shí)，奪眶而出的關(guān)鍵字就是 “單線程，異步I/O，事件驅(qū)動(dòng)”，應(yīng)用程序的請(qǐng)求過(guò)程可以分為倆個(gè)部分：CPU運(yùn)算和I/O讀寫(xiě)，CPU計(jì)算速度通常遠(yuǎn)高于磁盤(pán)讀寫(xiě)速度，這就導(dǎo)致CPU運(yùn)算已經(jīng)完成，但是不得不等待磁盤(pán)I/O任務(wù)完成之后再繼續(xù)接下來(lái)的業(yè)務(wù)。
所以I/O才是應(yīng)用程序的瓶頸所在，在I/O密集型業(yè)務(wù)中，假設(shè)請(qǐng)求需要100ms來(lái)完成，其中99ms化在I/O上。如果需要優(yōu)化應(yīng)用程序，讓他能同時(shí)處理更多的請(qǐng)求，我們會(huì)采用多線程，同時(shí)開(kāi)啟100個(gè)、1000個(gè)線程來(lái)提高我們請(qǐng)求處理，當(dāng)然這也是一種可觀的方案。
但是由于一個(gè)CPU核心在一個(gè)時(shí)刻只能做一件事情，操作系統(tǒng)只能通過(guò)將CPU切分為時(shí)間片的方法，讓線程可以較為均勻的使用CPU資源。但操作系統(tǒng)在內(nèi)核切換線程的同時(shí)也要切換線程的上線文，當(dāng)線程數(shù)量過(guò)多時(shí)，時(shí)間將會(huì)被消耗在上下文切換中。所以在大并發(fā)時(shí)，多線程結(jié)構(gòu)還是無(wú)法做到強(qiáng)大的伸縮性。
那么是否可以另辟蹊徑呢？！我們先來(lái)看看單線程，《深入淺出Node》一書(shū)提到 “單線程的較大好處，是不用像多線程編程那樣處處在意狀態(tài)的同步問(wèn)題，這里沒(méi)有死鎖的存在，也沒(méi)有線程上下文切換所帶來(lái)的性能上的開(kāi)銷”，那么一個(gè)線程一次只能處理一個(gè)請(qǐng)求豈不是無(wú)稽之談，先讓我們看張圖：
Node.js的單線程并不是真正的單線程，只是開(kāi)啟了單個(gè)線程進(jìn)行業(yè)務(wù)處理（cpu的運(yùn)算），同時(shí)開(kāi)啟了其他線程專門(mén)處理I/O。當(dāng)一個(gè)指令到達(dá)主線程，主線程發(fā)現(xiàn)有I/O之后，直接把這個(gè)事件傳給I/O線程，不會(huì)等待I/O結(jié)束后，再去處理下面的業(yè)務(wù)，而是拿到一個(gè)狀態(tài)后立即往下走，這就是“單線程”、“異步I/O”。
I/O操作完之后呢？Node.js的I/O 處理完之后會(huì)有一個(gè)回調(diào)事件，這個(gè)事件會(huì)放在一個(gè)事件處理隊(duì)列里頭，在進(jìn)程啟動(dòng)時(shí)node會(huì)創(chuàng)建一個(gè)類似于While(true)的循環(huán)，它的每一次輪詢都會(huì)去查看是否有事件需要處理，是否有事件關(guān)聯(lián)的回調(diào)函數(shù)需要處理，如果有就處理，然后加入下一個(gè)輪詢，如果沒(méi)有就退出進(jìn)程，這就是所謂的“事件驅(qū)動(dòng)”。這也從Node的角度解釋了什么是”事件驅(qū)動(dòng)”。
在node.js中，事件主要來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求，文件I/O等，根據(jù)事件的不同對(duì)觀察者進(jìn)行了分類，有文件I/O觀察者，網(wǎng)絡(luò)I/O觀察者。事件驅(qū)動(dòng)是一個(gè)典型的生產(chǎn)者/消費(fèi)者模型，請(qǐng)求到達(dá)觀察者那里，事件循環(huán)從觀察者進(jìn)行消費(fèi)，主線程就可以馬不停蹄的只關(guān)注業(yè)務(wù)不用再去進(jìn)行I/O等待。
優(yōu)點(diǎn)
Node 公開(kāi)宣稱的目標(biāo)是 “旨在提供一種簡(jiǎn)單的構(gòu)建可伸縮網(wǎng)絡(luò)程序的方法”。我們來(lái)看一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，在 Java和 PHP 這類語(yǔ)言中，每個(gè)連接都會(huì)生成一個(gè)新線程，每個(gè)新線程可能需要 2 MB 的配套內(nèi)存。在一個(gè)擁有 8 GB RAM 的系統(tǒng)上，理論上較大的并發(fā)連接數(shù)量是 4,000 個(gè)用戶。隨著您的客戶群的增長(zhǎng)，如果希望您的 Web 應(yīng)用程序支持更多用戶，那么，您必須添加更多服務(wù)器。所以在傳統(tǒng)的后臺(tái)開(kāi)發(fā)中，整個(gè) Web 應(yīng)用程序架構(gòu)（包括流量、處理器速度和內(nèi)存速度）中的瓶頸是：服務(wù)器能夠處理的并發(fā)連接的較大數(shù)量。這個(gè)不同的架構(gòu)承載的并發(fā)數(shù)量是不一致的。
而Node的出現(xiàn)就是為了解決這個(gè)問(wèn)題：更改連接到服務(wù)器的方式。在Node 聲稱它不允許使用鎖，它不會(huì)直接阻塞 I/O 調(diào)用。Node在每個(gè)連接發(fā)射一個(gè)在 Node 引擎的進(jìn)程中運(yùn)行的事件，而不是為每個(gè)連接生成一個(gè)新的 OS 線程（并為其分配一些配套內(nèi)存）。
缺點(diǎn)
如上所述，nodejs的機(jī)制是單線程，這個(gè)線程里面，有一個(gè)事件循環(huán)機(jī)制，處理所有的請(qǐng)求。在事件處理過(guò)程中，它會(huì)智能地將一些涉及到IO、網(wǎng)絡(luò)通信等耗時(shí)比較長(zhǎng)的操作，交由worker threads去執(zhí)行，執(zhí)行完了再回調(diào)，這就是所謂的異步IO非阻塞吧。但是，那些非IO操作，只用CPU計(jì)算的操作，它就自己扛了，比如算什么斐波那契數(shù)列之類。它是單線程，這些自己扛的任務(wù)要一個(gè)接著一個(gè)地完成，前面那個(gè)沒(méi)完成，后面的只能干等。因此，對(duì)CPU要求比較高的CPU密集型任務(wù)多的話，就有可能會(huì)造成號(hào)稱高性能，適合高并發(fā)的node.js服務(wù)器反應(yīng)緩慢。
適合場(chǎng)景
1、RESTful API
這是適合 Node 的理想情況，因?yàn)槟梢詷?gòu)建它來(lái)處理數(shù)萬(wàn)條連接。它仍然不需要大量邏輯；它本質(zhì)上只是從某個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中查找一些值并將它們組成一個(gè)響應(yīng)。由于響應(yīng)是少量文本，入站請(qǐng)求也是少量的文本，因此流量不高，一臺(tái)機(jī)器甚至也可以處理最繁忙的公司的 API 需求。
2、實(shí)時(shí)程序
比如聊天服務(wù)
聊天應(yīng)用程序是最能體現(xiàn) Node.js 優(yōu)點(diǎn)的例子：輕量級(jí)、高流量并且能良好的應(yīng)對(duì)跨平臺(tái)設(shè)備上運(yùn)行密集型數(shù)據(jù)（雖然計(jì)算能力低）。同時(shí)，聊天也是一個(gè)非常值得學(xué)習(xí)的用例，因?yàn)樗芎?jiǎn)單，并且涵蓋了目前為止一個(gè)典型的 Node.js 會(huì)用到的大部分解決方案。
3、單頁(yè)APP
ajax很多。現(xiàn)在單頁(yè)的機(jī)制似乎很流行，比如phonegap做出來(lái)的APP，一個(gè)頁(yè)面包打天下的例子比比皆是。
總而言之，NodeJS適合運(yùn)用在高并發(fā)、I/O密集、少量業(yè)務(wù)邏輯的場(chǎng)景
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