node.js基本工作原理及流程

概述

Node.js是什么

Node 是一个服务器端 JavaScript 解释器,用于方便地搭建响应速度快、易于扩展的网络应用。Node.js 使用事件驱动, 非阻塞I/O 模型而得以轻量和高效,非常适合在分布式设备上运行数据密集型的实时应用。 Node.js 是一个可以让 JavaScript 运行在浏览器之外的平台。它实现了诸如文件系统、模块、包、操作系统 API、网络通信等 Core JavaScript 没有或者不完善的功能。历史上将 JavaScript移植到浏览器外的计划不止一个,但Node.js 是最出色的一个。

什么是v8引擎

V8 JavaScript 引擎是 Google 用于其 Chrome 浏览器的底层 JavaScript 引擎。很少有人考虑 JavaScript 在客户机上实际做了些什么?实际上,JavaScript 引擎负责解释并执行代码。Google 使用 V8 创建了一个用 C++ 编写的超快解释器,该解释器拥有另一个独特特征;您可以下载该引擎并将其嵌入任何 应用程序。V8 JavaScript 引擎并不仅限于在一个浏览器中运行。因此,Node 实际上会使用 Google 编写的 V8 JavaScript 引擎,并将其重建为可在服务器上使用。

Node.js的作用

Node 公开宣称的目标是 “旨在提供一种简单的构建可伸缩网络程序的方法”。我们来看一个简单的例子,在 Java™ 和 PHP 这类语言中,每个连接都会生成一个新线程,每个新线程可能需要 2 MB 的配套内存。在一个拥有 8 GB RAM 的系统上,理论上最大的并发连接数量是 4,000 个用户。随着您的客户群的增长,如果希望您的 Web 应用程序支持更多用户,那么,您必须添加更多服务器。所以在传统的后台开发中,整个 Web 应用程序架构(包括流量、处理器速度和内存速度)中的瓶颈是:服务器能够处理的并发连接的最大数量。这个不同的架构承载的并发数量是不一致的。 而Node的出现就是为了解决这个问题:更改连接到服务器的方式。在Node 声称它不允许使用锁,它不会直接阻塞 I/O 调用。Node在每个连接发射一个在 Node 引擎的进程中运行的事件,而不是为每个连接生成一个新的 OS 线程(并为其分配一些配套内存)。

Node.js能做什么

借用一句经典的描述Node.js的话:正如 JavaScript 为客户端而生,Node.js 为网络而生。 使用Node.js,你可以轻易的实现:

  • 具有复杂逻辑的网站;
  • 基于社交网络的大规模 Web 应用;
  • Web Socket 服务器;
  • TCP/UDP 套接字应用程序;
  • 命令行工具;
  • 交互式终端程序;
  • 带有图形用户界面的本地应用程序;
  • 单元测试工具;
  • 客户端 JavaScript 编译器。

什么是事件驱动编程

在我们使用Java,PHP等语言实现编程的时候,我们面向对象编程是完美的编程设计,这使得他们对其他编程方法不屑一顾。却不知大名鼎鼎Node使用的却是事件驱动编程的思想。那什么是事件驱动编程。 事件驱动编程,为需要处理的事件编写相应的事件处理程序。代码在事件发生时执行。 为需要处理的事件编写相应的事件处理程序。要理解事件驱动和程序,就需要与非事件驱动的程序进行比较。实际上,现代的程序大多是事件驱动的,比如多线程的程序,肯定是事件驱动的。早期则存在许多非事件驱动的程序,这样的程序,在需要等待某个条件触发时,会不断地检查这个条件,直到条件满足,这是很浪费cpu时间的。而事件驱动的程序,则有机会释放cpu从而进入睡眠态(注意是有机会,当然程序也可自行决定不释放cpu),当事件触发时被操作系统唤醒,这样就能更加有效地使用cpu。 来看一张简单的事件驱动模型(uml):

事件驱动模型主要包含3个对象:事件源、事件和事件处理程序。

  • 事件源:产生事件的地方(html元素)
  • 事件:点击/鼠标操作/键盘操作等等
  • 事件对象:当某个事件发生时,可能会产生一个事件对象,该时间对象会封装好该时间的信息,传递给事件处理程序
  • 事件处理程序:响应用户事件的代码 其实我们使用的window系统也算得上是事件驱动了。我们来看一个简单的事例:监听鼠标点击事件,并能够显示鼠标点击的位置x,y。
<html> 
   <head> 
   <script> 
   function test1(e){ 
     window.alert("x="+e.clientX+"y="+e.clientY); 
   } 
   </script> 
   </head> 
   <body onmousedown="test1(event)"> 
   </body> 
</html> 

Node.js运行原理分析

当我们搜索Node.js时,夺眶而出的关键字就是 “单线程,异步I/O,事件驱动”,应用程序的请求过程可以分为俩个部分:CPU运算和I/O读写,CPU计算速度通常远高于磁盘读写速度,这就导致CPU运算已经完成,但是不得不等待磁盘I/O任务完成之后再继续接下来的业务。 所以I/O才是应用程序的瓶颈所在,在I/O密集型业务中,假设请求需要100ms来完成,其中99ms化在I/O上。如果需要优化应用程序,让他能同时处理更多的请求,我们会采用多线程,同时开启100个、1000个线程来提高我们请求处理,当然这也是一种可观的方案。 但是由于一个CPU核心在一个时刻只能做一件事情,操作系统只能通过将CPU切分为时间片的方法,让线程可以较为均匀的使用CPU资源。但操作系统在内核切换线程的同时也要切换线程的上线文,当线程数量过多时,时间将会被消耗在上下文切换中。所以在大并发时,多线程结构还是无法做到强大的伸缩性。 那么是否可以另辟蹊径呢?!我们先来看看单线程,《深入浅出Node》一书提到 “单线程的最大好处,是不用像多线程编程那样处处在意状态的同步问题,这里没有死锁的存在,也没有线程上下文切换所带来的性能上的开销”,那么一个线程一次只能处理一个请求岂不是无稽之谈,先让我们看张图:

Node.js的单线程并不是真正的单线程,只是开启了单个线程进行业务处理(cpu的运算),同时开启了其他线程专门处理I/O。当一个指令到达主线程,主线程发现有I/O之后,直接把这个事件传给I/O线程,不会等待I/O结束后,再去处理下面的业务,而是拿到一个状态后立即往下走,这就是“单线程”、“异步I/O”。 I/O操作完之后呢?Node.js的I/O 处理完之后会有一个回调事件,这个事件会放在一个事件处理队列里头,在进程启动时node会创建一个类似于While(true)的循环,它的每一次轮询都会去查看是否有事件需要处理,是否有事件关联的回调函数需要处理,如果有就处理,然后加入下一个轮询,如果没有就退出进程,这就是所谓的“事件驱动”。这也从Node的角度解释了什么是”事件驱动”。 在node.js中,事件主要来源于网络请求,文件I/O等,根据事件的不同对观察者进行了分类,有文件I/O观察者,网络I/O观察者。事件驱动是一个典型的生产者/消费者模型,请求到达观察者那里,事件循环从观察者进行消费,主线程就可以马不停蹄的只关注业务不用再去进行I/O等待。

Node.js的简单实践

关于node的环境搭建这里就不说明了node入门。这里为了方便大家理解,我们写一个简单的登录实例。 这里为了方便前端小白的理解,新增一个小节,如何使用Node搭建一个新的项目。 ## 使用Node创建项目 安装Express

 npm install -g express  
 npm install -g express-generator

新建项目

express -t ejs newsproject  

按照提示进入项目目录,运行npm安装

 cd newsprojec
 npm install  

运行项目

node app.js  

浏览器访问:http://127.0.0.1:3000/即可见nodejs站点页面即可。 接下来我们写一个简单的例子,来看一下效果图:

整个目录如下:

根目录--------------
    |-package.json
    |-test.js
    |-public
        |-main.html
        |-next.html

整个目录包含三个文件,test.js(作为控制文件)、main.html和next.html作为页面的显示文件。 来看一下代码: test.js(作为控制文件)

// file name :test.js
var express             = require('express');
var app                 = express();
var bodyParse           = require('body-parser')
var cookieParser        = require('cookie-parser') ;
app.use(cookieParser()) ;
app.use(bodyParse.urlencoded({extended:false})) ;

// 处理根目录的get请求
app.get('/',function(req,res){
    res.sendfile('public/main.html') ;
    console.log('main page is required ');
}) ;

// 处理/login的get请求
app.get('/add', function (req,res) {
    res.sendfile('public/add.html') ;
    console.log('add page is required ') ;
}) ;

// 处理/login的post请求
app.post('/login',function(req,res){
    name=req.body.name ;
    pwd=req.body.pwd   ;
    console.log(name+'--'+pwd) ;
    res.status(200).send(name+'--'+pwd) ;
});

// 监听3000端口
var server=app.listen(3000) ;

main.html的代码

<html>

    <link rel="stylesheet" type="text/css" href="http://fonts.useso.com/css?family=Tangerine|Inconsolata|Droid+Sans">

    <style>
        div#test{
            font-family: 'Tangerine',serif;
            font-size: 48px;
        }
        p#link1{
            font-family: 'Tangerine',serif;
        }

    </style>

    <script src="//cdn.bootcss.com/jquery/2.2.1/jquery.min.js"></script>

</head>
<body>

<div id="test">
    <h1>Main Page</h1>
</div>
<p>Register & Login</p>
<form action="test.jsp" method="post">
    账号 :
    <input type="text" id="name" />
    <br/><br/>
    密码 :
    <input type="text" id="pwd" />
    <br/><br/>
    &nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp
    <div><a href="/add" id="add">EXTRA</a></div>
    <input type="button" value="Submit" id="x">
</form>

</body>

    <script type="text/javascript">

        var after_login=function(data,status){
            if (status=='success'){
                alert(data+'--'+status) ;
            }
            else alert('login refused') ;

        }

        $(document).ready(function(){
            $("#x").click(function(){
                var name    =   $("#name").val() ;
                var pwd     =   $("#pwd").val() ;
                $.post('http://127.0.0.1:3000/login',
                {
                    name    :   name ,
                    pwd     :   pwd
                },
//                        function(data,status){
//                            alert(data+'--'+status) ;
//                        }
                        after_login
                );
//                $.get('add',function(data,status){
//                    document.write(data) ;
//                }) ;
            });
        });
    </script>
</html>

next.html的代码

<!DOCTYPE html>
<html>
<head lang="en">
    <meta charset="UTF-8">
    <title>第二页面</title>
</head>
<body>
<h1>This is an additional web page</h1>
<p>just for test</p>
</body>
</html>

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