结合源码分析 Node.js 模块加载与运行原理

作者：马龄阳

efe.baidu.com/blog/nodejs-module-analyze/

Node.js 的出现，让 JavaScript 脱离了浏览器的束缚，进入了广阔的服务端开发领域。而 Node.js 对 CommonJS 模块化规范的引入，则更是让 JavaScript成为了一门真正能够适应大型工程的语言。

在 Node.js 中使用模块非常简单，我们日常开发中几乎都有过这样的经历：写一段 JavaScript 代码，require 一些想要的包，然后将代码产物 exports 导出。但是，对于 Node.js 模块化背后的加载与运行原理，我们是否清楚呢。首先抛出以下几个问题：

Node.js 中的模块支持哪些文件类型？

核心模块和第三方模块的加载运行流程有什么不同？

除了 JavaScript 模块以外，怎样去写一个 C/C++ 扩展模块？

……

本篇文章，就会结合 Node.js 源码，探究一下以上这些问题背后的答案。

1. Node.js 模块类型

在 Node.js 中，模块主要可以分为以下几种类型：

核心模块：包含在 Node.js 源码中，被编译进 Node.js 可执行二进制文件 JavaScript 模块，也叫 native 模块，比如常用的 http, fs 等等

C/C++ 模块，也叫 built-in 模块，一般我们不直接调用，而是在 native module 中调用，然后我们再 require

native 模块，比如我们在 Node.js 中常用的 buffer，fs，os 等 native 模块，其底层都有调用 built-in 模块。

第三方模块：非 Node.js 源码自带的模块都可以统称第三方模块，比如 express，webpack 等等。

JavaScript 模块，这是最常见的，我们开发的时候一般都写的是 JavaScript 模块

JSON 模块，这个很简单，就是一个 JSON 文件

C/C++ 扩展模块，使用 C/C++ 编写，编译之后后缀名为 .node

本篇文章中，我们会一一涉及到上述几种模块的加载、运行原理。

2. Node.js 源码结构一览

这里使用 Node.js 6.x 版本源码为例子来做分析。去 github 上下载相应版本的 Node.js 源码，可以看到代码大体结构如下：

├── AUTHORS

├── BSDmakefile

├── BUILDING.md

├── CHANGELOG.md

├── CODE_OF_CONDUCT.md

├── COLLABORATOR_GUIDE.md

├── CONTRIBUTING.md

├── GOVERNANCE.md

├── LICENSE

├── Makefile

├── README.md

├── android-configure

├── benchmark

├── common.gypi

├── configure

├── deps

├── doc

├── lib

├── node.gyp

├── node.gypi

├── src

├── test

├── tools

└── vcbuild.bat

其中：

./lib文件夹主要包含了各种 JavaScript 文件，我们常用的 JavaScript native 模块都在这里。

./src文件夹主要包含了 Node.js 的 C/C++ 源码文件，其中很多 built-in 模块都在这里。

./deps文件夹包含了 Node.js 依赖的各种库，典型的如 v8，libuv，zlib 等。

我们在开发中使用的 release 版本，其实就是从源码编译得到的可执行文件。如果我们想要对 Node.js 进行一些个性化的定制，则可以对源码进行修改，然后再运行编译，得到定制化的 Node.js 版本。这里以 Linux 平台为例，简要介绍一下 Node.js 编译流程。

首先，我们需要认识一下编译用到的组织工具，即 gyp。Node.js 源码中我们可以看到一个 node.gyp，这个文件中的内容是由 python 写成的一些 JSON-like 配置，定义了一连串的构建工程任务。我们举个例子，其中有一个字段如下：

{

'target_name':'node_js2c',

'type':'none',

'toolsets':['host'],

'actions':[

{

'action_name':'node_js2c',

'inputs':[

'

'./config.gypi',

],

'outputs':[

'

],

'conditions':[

['node_use_dtrace=="false" and node_use_etw=="false"',{

'inputs':['src/notrace_macros.py']

}],

['node_use_lttng=="false"',{

'inputs':['src/nolttng_macros.py']

}],

['node_use_perfctr=="false"',{

'inputs':['src/perfctr_macros.py']

}]

],

'action':[

'python',

'tools/js2c.py',

'

'

],

},

],

},#endnode_js2c

这个任务主要的作用从名称 node_js2c 就可以看出来，是将 JavaScript 转换为 C/C++ 代码。这个任务我们下面还会提到。

首先编译 Node.js，需要提前安装一些工具：

gcc 和 g++ 4.9.4 及以上版本

clang 和 clang++

python 2.6 或者 2.7，这里要注意，只能是这两个版本，不可以为python 3+

GNU MAKE 3.81 及以上版本

有了这些工具，进入 Node.js 源码目录，我们只需要依次运行如下命令：

./configuration

make

make install

即可编译生成可执行文件并安装了。

3. 从 node index.js 开始

让我们首先从最简单的情况开始。假设有一个 index.js 文件，里面只有一行很简单的 console.log('hello world') 代码。当输入 node index.js 的时候，Node.js 是如何编译、运行这个文件的呢？

当输入 Node.js 命令的时候，调用的是 Node.js 源码当中的 main 函数，在 src/node_main.cc 中：

// src/node_main.cc

#include "node.h"

#ifdef _WIN32

#include

intwmain(intargc,wchar_t*wargv[]){

// windows下面的入口

}

#else

// UNIX

intmain(intargc,char*argv[]){

// Disable stdio buffering, it interacts poorly with printf()

// calls elsewhere in the program (e.g., any logging from V8.)

setvbuf(stdout,nullptr,_IONBF,);

setvbuf(stderr,nullptr,_IONBF,);

// 关注下面这一行

returnnode::Start(argc,argv);

}

#endif

这个文件只做入口用，区分了 Windows 和 Unix 环境。我们以 Unix 为例，在 main 函数中最后调用了 node::Start，这个是在 src/node.cc 文件中：

// src/node.cc

intStart(intargc,char**argv){

// ...

{

NodeInstanceData instance_data(NodeInstanceType::MAIN,

uv_default_loop(),

argc,

const_cast(argv),

exec_argc,

exec_argv,

use_debug_agent);

StartNodeInstance(&instance_data);

exit_code=instance_data.exit_code();

}

// ...

}

// ...

staticvoidStartNodeInstance(void*arg){

// ...

{

Environment::AsyncCallbackScope callback_scope(env);

LoadEnvironment(env);

}

// ...

}

// ...

voidLoadEnvironment(Environment*env){

// ...

Localscript_name=FIXED_ONE_BYTE_STRING(env->isolate(),

"bootstrap_node.js");

Localf_value=ExecuteString(env,MainSource(env),script_name);

if(try_catch.HasCaught()){

ReportException(env,try_catch);

exit(10);

}

// The bootstrap_node.js file returns a function 'f'

CHECK(f_value->IsFunction());

Localf=Local::Cast(f_value);

// ...

f->Call(Null(env->isolate()),1,&arg);

}

整个文件比较长，在上面代码段里，只截取了我们最需要关注的流程片段，调用关系如下： Start -> StartNodeInstance -> LoadEnvironment。

在 LoadEnvironment 需要我们关注，主要做的事情就是，取出 bootstrap_node.js 中的代码字符串，解析成函数，并最后通过 f->Call 去执行。

OK，重点来了，从 Node.js 启动以来，我们终于看到了第一个 JavaScript 文件 bootstrap_node.js，从文件名我们也可以看出这个是一个入口性质的文件。那么我们快去看看吧，该文件路径为 lib/internal/bootstrap_node.js：

// lib/internal/boostrap_node.js

(function(process){

functionstartup(){

// ...

elseif(process.argv[1]){

constpath=NativeModule.require('path');

process.argv[1]=path.resolve(process.argv[1]);

constModule=NativeModule.require('module');

// ...

preloadModules();

run(Module.runMain);

}

// ...

}

// ...

startup();

}

// lib/module.js

// ...

// bootstrap main module.

Module.runMain=function(){

// Load the main module--the command line argument.

Module._load(process.argv[1],null,true);

// Handle any nextTicks added in the first tick of the program

process._tickCallback();

};

// ...

这里我们依然关注主流程，可以看到，bootstrap_node.js 中，执行了一个 startup() 函数。通过 process.argv[1] 拿到文件名，在我们的 node index.js 中，process.argv[1] 显然就是 index.js，然后调用 path.resolve 解析出文件路径。在最后，run(Module.runMain) 来编译执行我们的 index.js。

而 Module.runMain 函数定义在 lib/module.js 中，在上述代码片段的最后，列出了这个函数，可以看到，主要是调用 Module._load 来加载执行 process.argv[1]。

下文我们在分析模块的 require 的时候，也会来到 lib/module.js 中，也会分析到 Module._load。因此我们可以看出，Node.js 启动一个文件的过程，其实到最后，也是 require 一个文件的过程，可以理解为是立即 require 一个文件。下面就来分析 require 的原理。

4. 模块加载原理的关键：require

我们进一步，假设我们的 index.js 有如下内容：

var http = require('http');

那么当执行这一句代码的时候，会发生什么呢？

require的定义依然在 lib/module.js 中：

// lib/module.js

// ...

assert(path,'missing path');

assert(typeofpath==='string','path must be a string');

returnModule._load(path,this,/* isMain */false);

};

// ...

require 方法定义在Module的原型链上。可以看到这个方法中，调用了 Module._load。

我们这么快就又来到了 Module._load 来看看这个关键的方法究竟做了什么吧：

// lib/module.js

// ...

Module._load=function(request,parent,isMain){

if(parent){

debug('Module._load REQUEST %s parent: %s',request,parent.id);

}

varfilename=Module._resolveFilename(request,parent,isMain);

varcachedModule=Module._cache[filename];

if(cachedModule){

returncachedModule.exports;

}

if(NativeModule.nonInternalExists(filename)){

debug('load native module %s',request);

returnNativeModule.require(filename);

}

varmodule=newModule(filename,parent);

if(isMain){

process.mainModule=module;

module.id='.';

}

Module._cache[filename]=module;

tryModuleLoad(module,filename);

returnmodule.exports;

};

// ...

这段代码的流程比较清晰，具体说来：

根据文件名，调用 Module._resolveFilename 解析文件的路径

查看缓存 Module._cache 中是否有该模块，如果有，直接返回

通过 NativeModule.nonInternalExists 判断该模块是否为核心模块，如果核心模块，调用核心模块的加载方法 NativeModule.require

如果不是核心模块，新创建一个 Module 对象，调用 tryModuleLoad 函数加载模块

我们首先来看一下 Module._resolveFilename，看懂这个方法对于我们理解 Node.js 的文件路径解析原理很有帮助：

// lib/module.js

// ...

Module._resolveFilename=function(request,parent,isMain){

// ...

varfilename=Module._findPath(request,paths,isMain);

if(!filename){

varerr=newError("Cannot find module '"+request+"'");

err.code='MODULE_NOT_FOUND';

throwerr;

}

returnfilename;

};

// ...

在 Module._resolveFilename 中调用了 Module._findPath，模块加载的判断逻辑实际上集中在这个方法中，由于这个方法较长，直接附上 github 该方法代码：

https://github.com/nodejs/node/blob/v6.x/lib/module.js#L158

可以看出，文件路径解析的逻辑流程是这样的：

先生成 cacheKey，判断相应 cache 是否存在，若存在直接返回

如果 path 的最后一个字符不是 /：

如果路径是一个文件并且存在，那么直接返回文件的路径

如果路径是一个目录，调用 tryPackage 函数去解析目录下的 package.json，然后取出其中的 main 字段所写入的文件路径

判断路径如果存在，直接返回

尝试在路径后面加上 .js, .json, .node 三种后缀名，判断是否存在，存在则返回

尝试在路径后面依次加上 index.js, index.json, index.node，判断是否存在，存在则返回

如果还不成功，直接对当前路径加上 .js, .json, .node 后缀名进行尝试

如果 path 的最后一个字符是 /：

调用 tryPackage ，解析流程和上面的情况类似

如果不成功，尝试在路径后面依次加上 index.js, index.json, index.node，判断是否存在，存在则返回

解析文件中用到的 tryPackage 和 tryExtensions 方法的 github 链接： https://github.com/nodejs/node/blob/v6.x/lib/module.js#L108 https://github.com/nodejs/node/blob/v6.x/lib/module.js#L146

整个流程可以参考下面这张图：

而在文件路径解析完成之后，根据文件路径查看缓存是否存在，存在直接返回，不存在的话，走到 3 或者 4 步骤。

这里，在 3、4 两步产生了两个分支，即核心模块和第三方模块的加载方法不一样。由于我们假设了我们的 index.js 中为 var http = require('http')，http 是一个核心模块，所以我们先来分析核心模块加载的这个分支。

4.1 核心模块加载原理

核心模块是通过 NativeModule.require 加载的，NativeModule的定义在 bootstrap_node.js 中，附上 github 链接： https://github.com/nodejs/node/blob/v6.x/lib/internal/bootstrap_node.js#L401

从代码中可以看到，NativeModule.require 的流程如下：

判断 cache 中是否已经加载过，如果有，直接返回 exports

新建 nativeModule 对象，然后缓存，并加载编译

// lib/internal/bootstrap_node.js

// ...

NativeModule._source=process.binding('natives');

// ...

NativeModule.getSource=function(id){

returnNativeModule._source[id];

};

直接从 NativeModule._source 获取的，而这个又是在哪里赋值的呢？在上述代码中也截取了出来，是通过 NativeModule._source = process.binding('natives') 获取的。

这里就要插入介绍一下 JavaScript native 模块代码是如何存储的了。Node.js 源码编译的时候，会采用 v8 附带的 js2c.py 工具，将 lib 文件夹下面的 js 模块的代码都转换成 C 里面的数组，生成一个 node_natives.h 头文件，记录这个数组：

namespacenode{

constcharnode_native[]={47,47,32,67,112…}

constcharconsole_native[]={47,47,32,67,112…}

constcharbuffer_native[]={47,47,32,67,112…}

…

}

struct_native{constcharname;constchar*source;size_tsource_len;};

staticconststruct_nativenatives[]={

{“node”,node_native,sizeof(node_native)-1},

{“dgram”,dgram_native,sizeof(dgram_native)-1},

{“console”,console_native,sizeof(console_native)-1},

{“buffer”,buffer_native,sizeof(buffer_native)-1},

…

}

而上文中 NativeModule._source = process.binding('natives'); 的作用，就是取出这个 natives 数组，赋值给NativeModule._source，所以在 getSource 方法中，直接可以使用模块名作为索引，从数组中取出模块的源代码。

在这里我们插入回顾一下上文，在介绍 Node.js 编译的时候，我们介绍了 node.gyp，其中有一个任务是 node_js2c，当时笔者提到从名称看这个任务是将 JavaScript 转换为 C 代码，而这里的 natives 数组中的 C 代码，正是这个构建任务的产物。而到了这里，我们终于知道了这个编译任务的作用了。

知道了源码的获取，继续往下看 compile 方法，看看源码是如何编译的：

// lib/internal/bootstrap_node.js

NativeModule.wrap=function(script){

returnNativeModule.wrapper[]+script+NativeModule.wrapper[1];

};

NativeModule.wrapper=[

'(function (exports, require, module, __filename, __dirname) { ',

'\n});'

];

varsource=NativeModule.getSource(this.id);

source=NativeModule.wrap(source);

this.loading=true;

try{

constfn=runInThisContext(source,{

filename:this.filename,

lineOffset:,

displayErrors:true

});

fn(this.exports,NativeModule.require,this,this.filename);

this.loaded=true;

}finally{

this.loading=false;

}

};

// ...

至此就基本讲清楚了 Node.js 核心模块的加载过程。说到这里大家可能有一个疑惑，上述分析过程，好像只涉及到了核心模块中的 JavaScript native模块，那么对于 C/C++ built-in 模块呢？

其实是这样的，对于 built-in 模块而言，它们不是通过 require 来引入的，而是通过 precess.binding('模块名') 引入的。一般我们很少在自己的代码中直接使用 process.binding 来引入built-in模块，而是通过 require 引用native模块，而 native 模块里面会引入 built-in 模块。比如我们常用的 buffer 模块，其内部实现中就引入了 C/C++ built-in 模块，这是为了避开 v8 的内存限制：

// lib/buffer.js

'use strict';

// 通过 process.binding 引入名为 buffer 的 C/C++ built-in 模块

constbinding=process.binding('buffer');

// ...

这样，我们在 require('buffer') 的时候，其实是间接的使用了 C/C++ built-in 模块。

这里再次出现了 process.binding！事实上，process.binding 这个方法定义在 node.cc 中：

// src/node.cc

// ...

staticvoidBinding(constFunctionCallbackInfo&args){

// ...

node_module*mod=get_builtin_module(*module_v);

// ...

}

// ...

env->SetMethod(process,"binding",Binding);

// ...

Binding 这个函数中关键的一步是 get_builtin_module。这里需要再次插入介绍一下 C/C++ 内建模块的存储方式：

在 Node.js 中，内建模块是通过一个名为 node_module_struct 的结构体定义的。所以的内建模块会被放入一个叫做 node_module_list 的数组中。而 process.binding 的作用，正是使用 get_builtin_module 从这个数组中取出相应的内建模块代码。

综上，我们就完整介绍了核心模块的加载原理，主要是区分 JavaScript 类型的 native 模块和 C/C++ 类型的 built-in 模块。这里绘制一张图来描述一下核心模块加载过程：

而回忆我们在最开始介绍的，native 模块在源码中存放在 lib/ 目录下，而 built-in 模块在源码中存放在 src/ 目录下，下面这张图则从编译的角度梳理了 native 和 built-in 模块如何被编译进 Node.js 可执行文件：

4.2 第三方模块加载原理

下面让我们继续分析第二个分支，假设我们的 index.js 中 require 的不是 http，而是一个用户自定义模块，那么在 module.js 中, 我们会走到 tryModuleLoad 方法中：

// lib/module.js

// ...

functiontryModuleLoad(module,filename){

varthrew=true;

try{

module.load(filename);

threw=false;

}finally{

if(threw){

deleteModule._cache[filename];

}

}

}

// ...

debug('load %j for module %j',filename,this.id);

assert(!this.loaded);

this.filename=filename;

this.paths=Module._nodeModulePaths(path.dirname(filename));

varextension=path.extname(filename)||'.js';

if(!Module._extensions[extension])extension='.js';

Module._extensions[extension](this,filename);

this.loaded=true;

};

// ...

// lib/module.js

// ...

// Native extension for .js

Module._extensions['.js']=function(module,filename){

varcontent=fs.readFileSync(filename,'utf8');

module._compile(internalModule.stripBOM(content),filename);

};

// Native extension for .json

Module._extensions['.json']=function(module,filename){

varcontent=fs.readFileSync(filename,'utf8');

try{

module.exports=JSON.parse(internalModule.stripBOM(content));

}catch(err){

err.message=filename+': '+err.message;

throwerr;

}

};

//Native extension for .node

Module._extensions['.node']=function(module,filename){

returnprocess.dlopen(module,path._makeLong(filename));

};

// ...

可以看出，一共支持三种类型的模块加载：.js, .json, .node。其中 .json 类型的文件加载方法是最简单的，直接读取文件内容，然后 JSON.parse 之后返回对象即可。

下面来看对 .js 的处理，首先也是通过 fs 模块同步读取文件内容，然后调用了 module._compile，看看相关代码：

// lib/module.js

// ...

Module.wrap=NativeModule.wrap;

// ...

Module.prototype._compile=function(content,filename){

// ...

// create wrapper function

varwrapper=Module.wrap(content);

varcompiledWrapper=vm.runInThisContext(wrapper,{

filename:filename,

lineOffset:,

displayErrors:true

});

// ...

varresult=compiledWrapper.apply(this.exports,args);

if(depth===)stat.cache=null;

returnresult;

};

// ...

首先调用 Module.wrap 对源代码进行包裹，之后调用 vm.runInThisContext 方法进行编译执行，最后返回 exports 的值。而从 Module.wrap = NativeModule.wrap 这一句可以看出，第三方模块的 wrap 方法，和核心模块的 wrap 方法是一样的。我们回忆一下刚才讲到的核心js模块加载关键代码：

// lib/internal/bootstrap_node.js

NativeModule.wrap=function(script){

returnNativeModule.wrapper[]+script+NativeModule.wrapper[1];

};

NativeModule.wrapper=[

'(function (exports, require, module, __filename, __dirname) { ',

'\n});'

];

varsource=NativeModule.getSource(this.id);

source=NativeModule.wrap(source);

this.loading=true;

try{

constfn=runInThisContext(source,{

filename:this.filename,

lineOffset:,

displayErrors:true

});

fn(this.exports,NativeModule.require,this,this.filename);

this.loaded=true;

}finally{

this.loading=false;

}

};

两厢对比，发现二者对源代码的编译执行几乎是一模一样的。从整体流程上来讲，核心 JavaScript 模块与第三方 JavaScript 模块最大的不同就是，核心 JavaScript 模块源代码是通过 process.binding('natives') 从内存中获取的，而第三方 JavaScript 模块源代码是通过 fs.readFileSync 方法从文件中读取的。

最后，再来看一下加载第三方 C/C++模块（.node后缀）。直观上来看，很简单，就是调用了 process.dlopen 方法。这个方法的定义在 node.cc 中：

// src/node.cc

// ...

env->SetMethod(process,"dlopen",DLOpen);

// ...

voidDLOpen(constFunctionCallbackInfo&args){

// ...

constboolis_dlopen_error=uv_dlopen(*filename,&lib);

// ...

}

// ...

实际上最终调用了 DLOpen 函数，该函数中最重要的是使用 uv_dlopen 方法打开动态链接库，然后对 C/C++ 模块进行加载。uv_dlopen 方法是定义在 libuv 库中的。libuv 库是一个跨平台的异步 IO 库。对于扩展模块的动态加载这部分功能，在 *nix 平台下，实际上调用的是 dlfcn.h 中定义的 dlopen() 方法，而在 Windows 下，则为 LoadLibraryExW() 方法，在两个平台下，他们加载的分别是 .so 和 .dll 文件，而 Node.js 中，这些文件统一被命名了 .node 后缀，屏蔽了平台的差异。

关于 libuv 库，是 Node.js 异步 IO 的核心驱动力，这一块本身就值得专门作为一个专题来研究，这里就不展开讲了。

到此为止，我们理清楚了三种第三方模块的加载、编译过程。

5. C/C++ 扩展模块的开发以及应用场景

上文分析了 Node.js 当中各类模块的加载流程。大家对于 JavaScript 模块的开发应该是驾轻就熟了，但是对于 C/C++ 扩展模块开发可能还有些陌生。这一节就简单介绍一下扩展模块的开发，并谈谈其应用场景。

关于 Node.js 扩展模块的开发，在 Node.js 官网文档中专门有一节予以介绍，大家可以移步官网文档查看：https://nodejs.org/docs/latest-v6.x/api/addons.html 。这里仅仅以其中的 hello world 例子来介绍一下编写扩展模块的一些比较重要的概念：

假设我们希望通过扩展模块来实现一个等同于如下 JavaScript 函数的功能：

首先创建一个 hello.cc 文件，编写如下代码：

// hello.cc

#include

namespacedemo{

usingv8::FunctionCallbackInfo;

usingv8::Isolate;

usingv8::Local;

usingv8::Object;

usingv8::String;

usingv8::Value;

voidMethod(constFunctionCallbackInfo&args){

Isolate*isolate=args.GetIsolate();

args.GetReturnValue().Set(String::NewFromUtf8(isolate,"world"));

}

voidinit(Localexports){

NODE_SET_METHOD(exports,"hello",Method);

}

NODE_MODULE(NODE_GYP_MODULE_NAME,init)

}// namespace demo

文件虽短，但是已经出现了一些我们比较陌生的代码，这里一一介绍一下，对于了解扩展模块基础知识还是很有帮助的。

首先在开头引入了 node.h，这个是编写 Node.js 扩展时必用的头文件，里面几乎包含了我们所需要的各种库、数据类型。

其次，看到了很多 using v8:xxx 这样的代码。我们知道，Node.js 是基于 v8 引擎的，而 v8 引擎，就是用 C++ 来写的。我们要开发 C++ 扩展模块，便需要使用 v8 中提供的很多数据类型，而这一系列代码，正是声明了需要使用 v8 命名空间下的这些数据类型。

然后来看 Method 方法，它的参数类型 FunctionCallbackInfo& args，这个 args 就是从 JavaScript 中传入的参数，同时，如果想在 Method 中为 JavaScript 返回变量，则需要调用 args.GetReturnValue().Set 方法。

接下来需要定义扩展模块的初始化方法，这里是 Init 函数，只有一句简单的 NODE_SET_METHOD(exports, "hello", Method);，代表给 exports 赋予一个名为 hello 的方法，这个方法的具体定义就是 Method 函数。

最后是一个宏定义：NODE_MODULE(NODE_GYP_MODULE_NAME, init)，第一个参数是希望的扩展模块名称，第二个参数就是该模块的初始化方法。

为了编译这个模块，我们需要通过npm安装 node-gyp 编译工具。该工具将 Google 的 gyp 工具封装，用来构建 Node.js 扩展。安装这个工具后，我们在源码文件夹下面增加一个名为 bingding.gyp 的配置文件，对于我们这个例子，文件只要这样写：

{

"targets":[

{

"target_name":"addon",

"sources":["hello.cc"]

}

]

}

这样，运行 node-gyp build 即可编译扩展模块。在这个过程中，node-gyp 还会去指定目录（一般是 ~/.node-gyp）下面搜我们当前 Node.js 版本的一些头文件和库文件，如果不存在，它还会帮我们去 Node.js 官网下载。这样，在编写扩展的时候，通过 #include ，我们就可以直接使用所有 Node.js 的头文件了。

如果编译成功，会在当前文件夹的 build/Release/ 路径下看到一个 addon.node，这个就是我们编译好的可 require 的扩展模块。

从上面的例子中，我们能大体看出扩展模块的运作模式，它可以接收来自 JavaScript 的参数，然后中间可以调用 C/C++ 语言的能力去做各种运算、处理，然后最后可以将结果再返回给 JavaScript。

值得注意的是，不同 Node.js 版本，依赖的 v8 版本不同，导致很多 API 会有差别，因此使用原生 C/C++ 开发扩展的过程中，也需要针对不同版本的 Node.js 做兼容处理。比如说，声明一个函数，在 v6.x 和 v0.12 以下的版本中，分别需要这样写：

Handle Example(const Arguments& args); // 0.10.x

void Example(FunctionCallbackInfo& args); // 6.x

可以看到，函数的声明，包括函数中参数的写法，都不尽相同。这让人不由得想起了在 Node.js 开发中，为了写 ES6，也是需要使用 Babel 来帮忙进行兼容性转换。那么在 Node.js 扩展开发领域，有没有类似 Babel 这样帮助我们处理兼容性问题的库呢？答案是肯定的，它的名字叫做 NAN (Native Abstraction for Node.js)。它本质上是一堆宏，能够帮助我们检测 Node.js 的不同版本，并调用不同的 API。例如，在 NAN 的帮助下，声明一个函数，我们不需要再考虑 Node.js 版本，而只需要写一段这样的代码：

#include

NAN_METHOD(Example){

// ...

}

NAN 的宏会在编译的时候自动判断，根据 Node.js 版本的不同展开不同的结果，从而解决了兼容性问题。对 NAN 更详细的介绍，感兴趣的同学可以移步该项目的 github 主页：https://github.com/nodejs/nan。

介绍了这么多扩展模块的开发，可能有同学会问了，像这些扩展模块实现的功能，看起来似乎用js也可以很快的实现，何必大费周折去开发扩展呢？这就引出了一个问题：C/C++ 扩展的适用场景。

笔者在这里大概归纳了几类 C/C++ 适用的情景：

计算密集型应用。我们知道，Node.js 的编程模型是单线程 + 异步 IO，其中单线程导致了它在计算密集型应用上是一个软肋，大量的计算会阻塞 JavaScript 主线程，导致无法响应其他请求。对于这种场景，就可以使用 C/C++ 扩展模块，来加快计算速度，毕竟，虽然 v8 引擎的执行速度很快，但终究还是比不过 C/C++。另外，使用 C/C++，还可以允许我们开多线程，避免阻塞 JavaScript 主线程，社区里目前已经有一些基于扩展模块的 Node.js 多线程方案，其中最受欢迎的可能是一个叫做 thread-a-gogo 的项目，具体可以移步 github：https://github.com/xk/node-threads-a-gogo。

内存消耗较大的应用。Node.js 是基于 v8 的，而 v8 一开始是为浏览器设计的，所以其在内存方面是有比较严格的限制的，所以对于一些需要较大内存的应用，直接基于 v8 可能会有些力不从心，这个时候就需要使用扩展模块，来绕开 v8 的内存限制，最典型的就是我们常用的 buffer.js 模块，其底层也是调用了 C++，在 C++ 的层面上去申请内存，避免 v8 内存瓶颈。

关于第一点，笔者这里也分别用原生 Node.js 以及 Node.js 扩展实现了一个测试例子来对比计算性能。测试用例是经典的计算斐波那契数列，首先使用 Node.js 原生语言实现一个计算斐波那契数列的函数，取名为 fibJs：

functionfibJs(n){

if(n===||n===1){

returnn;

}

else{

returnfibJs(n-1)+fibJs(n-2);

}

}

然后使用 C++ 编写一个实现同样功能的扩展函数，取名 fibC:

// fibC.cpp

#include

#include

usingnamespacev8;

intfib(intn){

if(n==||n==1){

returnn;

}

else{

returnfib(n-1)+fib(n-2);

}

}

voidMethod(constFunctionCallbackInfo&args){

Isolate*isolate=args.GetIsolate();

intn=args[]->NumberValue();

intresult=fib(n);

args.GetReturnValue().Set(result);

}

voidinit(Localexports,Localmodule){

NODE_SET_METHOD(module,"exports",Method);

}

NODE_MODULE(fibC,init)

在测试中，分别使用这两个函数计算从 1~40 的斐波那契数列:

functiontestSpeed(fn,testName){

varstart=Date.now();

for(vari=;i

fn(i);

}

varspend=Date.now()-start;

console.log(testName,'spend time: ',spend);

}

// 使用扩展模块测试

varfibC=require('./build/Release/fibC');// 这里是扩展模块编译产物的存放路径

testSpeed(fibC,'c++ test:');

// 使用 JavaScript 函数进行测试

functionfibJs(n){

if(n===||n===1){

returnn;

}

else{

returnfibJs(n-1)+fibJs(n-2);

}

}

testSpeed(fibJs,'js test:');

// c++ test: spend time: 1221

// js test: spend time: 2611

多次测试，扩展模块平均花费时长大约 1.2s，而 JavaScript 模块花费时长大约 2.6s，可见在此场景下，C/C++ 扩展性能还是要快上不少的。

当然，这几点只是基于笔者的认识。在实际开发过程中，大家在遇到问题的时候，也可以尝试着考虑如果使用 C/C++ 扩展模块，问题是不是能够得到更好的解决。

结语

文章读到这里，我们再回去看一下一开始提出的那些问题，是否在文章分析的过程中都得到了解答？再来回顾一下本文的逻辑脉络：

首先以一个node index.js 的运行原理开始，指出使用node 运行一个文件，等同于立即执行一次require 。

然后引出了node中的require方法，在这里，区分了核心模块、内建模块和非核心模块几种情况，分别详述了加载、编译的流程原理。在这个过程中，还分别涉及到了模块路径解析、模块缓存等等知识点的描述。

最后介绍了大家不太熟悉的c/c++扩展模块的开发，并结合一个性能对比的例子来说明其适用场景。

事实上，通过学习 Node.js 模块加载流程，有助于我们更深刻的了解 Node.js 底层的运行原理，而掌握了其中的扩展模块开发，并学会在适当的场景下使用，则能够使得我们开发出的 Node.js 应用性能更高。

学习 Node.js 原理是一条漫长的路径。建议了解了底层模块机制的读者，可以去更深入的学习 v8, libuv 等等知识，对于精通 Node.js，必将大有裨益。

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