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Node.js介绍

Node.js成为大前端开发过程中必备的一项技能,利用Node.js我们不仅可以去实现轻量级、可扩展伸缩的高性能Web服务器,还可以去做同构的JavaScript开发,更可以实现便携高效的前端工程化。

Node.js架构

Node.js核心分为三大部分 最上层是Native modules,里面的内容都是js来实现的,他提供了当前应用程序直接调用的库, 也就是我们所说的内置核心模块,例如fs、path、http等。我们都知道JS语言无法直接操作底层硬件设置,如果想通信是需要一个桥梁的,而Builtin modules就是这个桥梁,通过这个桥梁就可以让Node.js核心模块获取具体的服务支持,从而去完成更底层的操作,例如文件的读写行为,就可以使用Node、C/C++ Bindings来进行表示。

最下层主要是v8、libuv和具体的功能模块。v8的功能主要有两个,一个是执行JS代码,另一个是提供桥梁接口。libuv提供事件循环、事件队列和异步IO。

为什么是Node.js

Node.js在诞生之初是为了实现高性能的web服务器,慢慢演化为一门服务端语言。我们看一下用户发送请求到获取数据的整个过程。 用户通过客户端向服务端发送请求获取数据,服务端获取请求后依据业务逻辑返回数据即可。在忽略网络带宽、硬件性能等客观条件之后,真正影响用户获取数据速度的也就是IO的时间消耗。IO是计算机操作过程中最缓慢的环节,访问RAM这样级别设备的IO时间消耗是纳秒级别,而在磁盘网络中的时间消耗是毫秒级别的。也就是说数据的读写操作终归是有时间消耗的。

如果服务器有一个长时间等待的IO行为,后续的任务不能得到及时的响应。而Node.js借助Reactor模式,使用JS单线程完成多线程的工作,实现异步IO、事件驱动。因此Node.js适用于IO密集型高并发请求。

IO分为阻塞IO和非阻塞IO,即能不能立即获取调用之后返回的结果。当采用非阻塞IO的时候cpu的时间片就可以拿出来处理其他事务,这对性能就有所提升。但是这种操作也存在问题,因为立即返回的并不是业务层真正期望得到的实际数据,而仅仅是当前的调用状态,而操作系统为了获取完整的数据,就会让程序重复调用IO操作,判断IO是否结束。我们将重复调用IO操作来判断IO是否完成的技术去叫做轮询。

常见的轮询技术有:read、select、poll、kqueue、event ports。

libuv库可以看做是几种不同的异步IO实现方式的抽象封装层,例如在类unix下的epoll接口,windows下的IOCP,当我们运行一段Node.js编写的代码之后最终会走到libuv库这个环境中来的,而他就可以对当前的平台进行判断,然后再依据平台再去调用相应的异步IO处理的方法。

那Node处理异步IO的过程是啥样的?

那么IO是应用程序的瓶颈所在,异步IO提高性能无需等待结果返回,IO操作属于操作系统级别,平台都有对应实现。Node.js单线程配合事件驱动架构及libuv实现了异步IO。

单线程

  1. Node.js虽然是单线程的机制,但是我们使用它配合异步IO和事件循环可以实现高并发的请求
  2. Node.js单线程指的是运行JS代码的主线程是单线程的。 但在libuv库中存放多个线程的线程池。
  3. Node.js单线程也就决定他不适合处理cpu密集型任务的

应用场景

  1. IO密集型高并发请求,很多企业在前端和大后端之间搭建BFF层,不仅能提高吞吐量,也能够很好的处理数据。

  2. 在不关注大量业务逻辑情况也,也可以操作数据库提供API服务,这样可以很高效的搭建轻量的api服务。

  3. 实现聊天应用程序

全局对象

Node.js全局对象上挂载许多属性,与浏览器平台的window不完全相同。全局对象可以看做是JavaScript中的特殊对象,因为它和它身上的所有属性可以在任何地方被访问到,而且我们自己也无需对它进行提前的定义。在浏览器中全局对象是window,在Node.js中全局对象是global,global的根本作用就是作为全局变量的宿主。

常见全局变量有:

  • __filename:返回正在执行脚本文件的绝对路径
  • __dirname:返回正在执行脚本所在目录
  • timer类函数:执行顺序与事件循环间的关系
  • process:提供与当前进程互动的接口
  • require:实现模块的加载
  • module、exports:处理模块的导出

底层原理

Node.js大厂实践

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