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從No.js看Node.js原理

本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號「編程雜技」，作者theanarkh。轉(zhuǎn)載本文請聯(lián)系編程雜技公眾號。

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越來越多同學(xué)在使用Node.js，大家也不同程度地理解Node.js是什么。比如Node.js是由V8、Libuv、JS組成的，Node.js底層是C\C++，Node.js不是語言是運(yùn)行時。本文通過實現(xiàn)一個類Node.js的JS運(yùn)行時No.js，去理解Node.js的本質(zhì)。No.js是我之前寫的一個JS運(yùn)行時，概念上是這么說，但是它算不上真正的運(yùn)行時，它只是個demo，但是它讓你看到如果你有興趣，你也可以寫個Node.js。

首先我們看看V8的基本用法。

 
 
 
    
  
  
  
  1. #include  
    2. 
  
  
  
  2. #include  
    3. 
  
  
  
  3. #include  
    4. 
  
  
  
  4. #include "include/libplatform/libplatform.h" 
    5. 
  
  
  
  5. #include "include/v8.h" 
    6. 
  
  
  
  6.  
    7. 
  
  
  
  7. int main(int argc, char* argv[]) { 
    8. 
  
  
  
  8.   // Initialize V8. 
    9. 
  
  
  
  9.   v8::V8::InitializeICUDefaultLocation(argv[0]); 
    10. 
  
  
  
  10.   v8::V8::InitializeExternalStartupData(argv[0]); 
    11. 
  
  
  
  11.   std::unique_ptr platform = v8::platform::NewDefaultPlatform(); 
    12. 
  
  
  
  12.   v8::V8::InitializePlatform(platform.get()); 
    13. 
  
  
  
  13.   v8::V8::Initialize(); 
    14. 
  
  
  
  14.  
    15. 
  
  
  
  15.   v8::Isolate::CreateParams create_params; 
    16. 
  
  
  
  16.   create_params.array_buffer_allocator = 
    17. 
  
  
  
  17.       v8::ArrayBuffer::Allocator::NewDefaultAllocator(); 
    18. 
  
  
  
  18.   // 創(chuàng)建一個Isolate，表示一個隔離的實例 
    19. 
  
  
  
  19.   v8::Isolate* isolate = v8::Isolate::New(create_params); 
    20. 
  
  
  
  20.   { 
    21. 
  
  
  
  21.     v8::Isolate::Scope isolate_scope(isolate); 
    22. 
  
  
  
  22.     // 定義一個HandleScope 管理下面的handle內(nèi)存的分配和釋放 
    23. 
  
  
  
  23.     v8::HandleScope handle_scope(isolate); 
    24. 
  
  
  
  24.     // 創(chuàng)建一個上下文，js里訪問的東西來自context 
    25. 
  
  
  
  25.     v8::Local context = v8::Context::New(isolate); 
    26. 
  
  
  
  26.     v8::Context::Scope context_scope(context); 
    27. 
  
  
  
  27.     // 定義我們要執(zhí)行的代碼 
    28. 
  
  
  
  28.     v8::Local source = v8::String::NewFromUtf8(isolate, "'Hello' + ', World!'",v8::NewStringType::kNormal).ToLocalChecked(); 
    29. 
  
  
  
  29.     // 編譯腳本 
    30. 
  
  
  
  30.     v8::Local script = v8::Script::Compile(context, source).ToLocalChecked(); 
    31. 
  
  
  
  31.     // 執(zhí)行腳本 
    32. 
  
  
  
  32.     v8::Local result = script->Run(context).ToLocalChecked(); 
    33. 
  
  
  
  33.     // 輸出結(jié)果 
    34. 
  
  
  
  34.     v8::String::Utf8Value utf8(isolate, result); 
    35. 
  
  
  
  35.     printf("%s\n", *utf8); 
    36. 
  
  
  
  36.   } 
    37. 
  
  
  
  37.  
    38. 
  
  
  
  38.   // Dispose the isolate and tear down V8. 
    39. 
  
  
  
  39.   isolate->Dispose(); 
    40. 
  
  
  
  40.   v8::V8::Dispose(); 
    41. 
  
  
  
  41.   v8::V8::ShutdownPlatform(); 
    42. 
  
  
  
  42.   delete create_params.array_buffer_allocator; 
    43. 
  
  
  
  43.   return 0; 
    44. 
  
  
  
  44. } 
    45.

我們看代碼很多，但是大部分的根據(jù)V8文檔就行，最核心的是context和腳本的定義，我們看到這里的context是V8提供的內(nèi)容，然后執(zhí)行的JS腳本也平平無奇。下面我們要做的事情就是拓展這個context，給他注入一下新功能，相應(yīng)地，在JS里也就能訪問V8內(nèi)置變量之外的變量，我們看看怎么搞。

 
 
 
    
  
  
  
  1. // 拿到一個全局變量，這個就是我們在js里對應(yīng)的全局變量 
    2. 
  
  
  
  2.       Local global =  context->Global(); 
  
  
  
  3.       // 定義一個字符串對象 
    4. 
  
  
  
  4.       Local key = String::NewFromUtf8(isolate, "TCP", NewStringType::kNormal, strlen("TCP")).ToLocalChecked(); 
    5. 
  
  
  
  5.       Local cbdata = String::NewFromUtf8(isolate, "dummy", NewStringType::kNormal, strlen("dummy")).ToLocalChecked(); 
    6. 
  
  
  
  6.       // 定義一個函數(shù)                    
    7. 
  
  
  
  7.       Local func = Function::New(context, 
    8. 
  
  
  
  8.                         // 執(zhí)行func時會調(diào)用Invoke，cbdata是入?yún)?nbsp;
    9. 
  
  
  
  9.                         Invoke, 
    10. 
  
  
  
  10.                         cbdata).ToLocalChecked();    
    11. 
  
  
  
  11.       // 把函數(shù)注冊到全局變量，這樣我們在js里就可以使用key該函數(shù)了                                     
    12. 
  
  
  
  12.       Maybe ignore = global->Set(context, key, func); 
    13. 
  
  
  
  13.       // 打開文件 
    14. 
  
  
  
  14.       int fd = open(argv[1], O_RDONLY); 
    15. 
  
  
  
  15.       struct stat info; 
    16. 
  
  
  
  16.       // 取得文件信息 
    17. 
  
  
  
  17.       fstat(fd, &info); 
    18. 
  
  
  
  18.       // 分配內(nèi)存保存文件內(nèi)容 
    19. 
  
  
  
  19.       char *ptr = (char *)malloc(info.st_size + 1); 
    20. 
  
  
  
  20.       // 讀取文件搭配ptr，Mac os的read函數(shù)定義第二個參數(shù)是void * 
    21. 
  
  
  
  21.       read(fd, (void *)ptr, info.st_size); 
    22. 
  
  
  
  22.       // 要執(zhí)行的js代碼 
    23. 
  
  
  
  23.       Local source = String::NewFromUtf8(isolate, ptr, 
    24. 
  
  
  
  24.                           NewStringType::kNormal, 
    25. 
  
  
  
  25.                           info.st_size).ToLocalChecked(); 
    26. 
 
 
 
    上面代碼主要分為幾個部分。
    1 從context中獲取全局變量。
    2 定義一個新功能，并注入到全局變量，這樣我們就可以在JS里訪問了。
    3 打開一個文件并且讀取進(jìn)來，交給V8編譯執(zhí)行。下面我們看重點，即我們自定義的功能。從注釋里我們看到我們給注入了一個TCP的全局變量。他的值是一個函數(shù)。當(dāng)我們在JS里執(zhí)行TCP這個函數(shù)的時候，就會執(zhí)行我們自定義的C++函數(shù)，并傳入實參。我們定義的函數(shù)是Invoke，我們看看實現(xiàn)。
    

     
 
 
      
  
  
  
    1. static void Invoke(const FunctionCallbackInfo& info) { 
      2. 
  
  
  
    2.   Isolate * isolate = info.GetIsolate(); 
      3. 
  
  
  
    3.   // 新建一個函數(shù)模版，模版函數(shù)是TCPServer::NewTCPServer 
      4. 
  
  
  
    4.   Local Server = FunctionTemplate::New(isolate, TCPServer::NewTCPServer); 
      5. 
  
  
  
    5.   Local tcpServerString = String::NewFromUtf8(isolate, "TCPServer", NewStringType::kNormal, strlen("TCPServer")).ToLocalChecked(); 
      6. 
  
  
  
    6.   // 函數(shù)名 
      7. 
  
  
  
    7.   Server ->SetClassName(tcpServerString); 
      8. 
  
  
  
    8.   // 預(yù)留一個指針空間，保存一些自定義的上下文 
      9. 
  
  
  
    9.   Server->InstanceTemplate()->SetInternalFieldCount(1); 
      10. 
  
  
  
    10.  
      11. 
  
  
  
    11.   // 設(shè)置TCPServer的原型方法 
      12. 
  
  
  
    12.   SetProtoMethod(isolate, Server, "socket", TCPServer::TCPServerSocket); 
      13. 
  
  
  
    13.   SetProtoMethod(isolate, Server, "bind", TCPServer::TCPServerBind); 
      14. 
  
  
  
    14.   SetProtoMethod(isolate, Server, "listen", TCPServer::TCPServerListen); 
      15. 
  
  
  
    15.   SetProtoMethod(isolate, Server, "accept", TCPServer::TCPServerAccept); 
      16. 
  
  
  
    16.   //SetProtoMethod(isolate, Server, "setsockopt", TCPServer::TCPServerSetsockopt); 
      17. 
  
  
  
    17.   info.GetReturnValue().Set(Server->GetFunction(isolate->GetCurrentContext()).ToLocalChecked()); 
      18. 
  
  
  
    18. } 
      19. 
 
 
 
    上面代碼看起來很復(fù)雜，主要是對V8 API的使用。在V8里，我們自定義的函數(shù)格式如下
    

     
 
 
      
  
  
  
    1. static void func(const FunctionCallbackInfo& info) { 
      2. 
  
  
  
    2.     info.GetReturnValue().Set(返回值); 
      3. 
  
  
  
    3. } 
      4. 
 
 
 
    入?yún)⑹荈unctionCallbackInfo,函數(shù)的返回值通過info.GetReturnValue().Set函數(shù)設(shè)置。即我們在JS層拿到的內(nèi)容。上面代碼翻譯成JS如下。
    

     
 
 
      
  
  
  
    1. function Invoke() { 
      2. 
  
  
  
    2.     return Server; 
      3. 
  
  
  
    3. } 
      4. 
  
  
  
    4.  
      5. 
  
  
  
    5. // --- 
      6. 
  
  
  
    6. function Server() { 
      7. 
  
  
  
    7.     TCPServer.NewTCPServer(this); 
      8. 
  
  
  
    8. } 
      9. 
  
  
  
    9.  
      10. 
  
  
  
    10. Server.prototype.socket = function socket() { 
      11. 
  
  
  
    11.     return this[0].socket(); 
      12. 
  
  
  
    12. } 
      13. 
  
  
  
    13.  
      14. 
  
  
  
    14. // --- 
      15. 
  
  
  
    15. class TCPServer(){ 
      16. 
  
  
  
    16.     constructor(target) { 
      17. 
  
  
  
    17.         target[0] = this; 
      18. 
  
  
  
    18.         this.persistent_handle_ = target; 
      19. 
  
  
  
    19.     } 
      20. 
  
  
  
    20.  
      21. 
  
  
  
    21.     static NewTCPServer(target) { 
      22. 
  
  
  
    22.         new TCPServer(target); 
      23. 
  
  
  
    23.     } 
      24. 
  
  
  
    24.  
      25. 
  
  
  
    25.     socket() {} 
      26. 
  
  
  
    26.     bind() {} 
      27. 
  
  
  
    27.     ... 
      28. 
  
  
  
    28. } 
      29. 
 
 
 
    可以看到，執(zhí)行Invoke后拿到一個函數(shù)TCPServer。然后我們執(zhí)行new TCPServer，JS代碼如下（server.js）
    

     
 
 
      
  
  
  
    1. const Server = TCP(); 
      2. 
  
  
  
    2. const server = new Server('127.0.0.1', 8989); 
      3. 
  
  
  
    3. server.socket(); 
      4. 
  
  
  
    4. server.bind(); 
      5. 
  
  
  
    5. server.listen(); 
      6. 
  
  
  
    6. while(1) { 
      7. 
  
  
  
    7.     server.accept(); 
      8. 
  
  
  
    8. } 
      9. 
 
 
 
    當(dāng)我們執(zhí)行new Server的時候。V8首先會創(chuàng)建一個對象obj，然后執(zhí)行TCPServer.NewTCPServer。并傳入obj對象。
    

     
 
 
      
  
  
  
    1. static void NewTCPServer(const FunctionCallbackInfo& info) { 
      2. 
  
  
  
    2.     String::Utf8Value ip_address(info.GetIsolate(), info[0]); 
      3. 
  
  
  
    3.     int port = info[1].As()->Value(); 
      4. 
  
  
  
    4.     // info.This()就是obj 
      5. 
  
  
  
    5.     new TCPServer(info.GetIsolate(),info.This(), *ip_address, port); 
      6. 
  
  
  
    6. } 
      7. 
  
  
  
    7.  
      8. 
  
  
  
    8. // 在this中保存object，析構(gòu)C++對象的時候需要重置object[0] 
      9. 
  
  
  
    9. TCPServer(Isolate* isolate, Local object, char * ip, int port): _isolate(isolate),persistent_handle_(isolate, object), _ip(ip), _port(port) { 
  
  
  
    10.    // obj[0]=this 
      11. 
  
  
  
    11.    object->SetAlignedPointerInInternalField(0, static_cast(this)); 
      12. 
  
  
  
    12. } 
      13. 
 
 
 
      NewTCPServer同樣創(chuàng)建一個對象this，然后通過obj[0]=this關(guān)聯(lián)起來，這是核心邏輯，一會我們會看到有什么用。接下來我們執(zhí)行一系列網(wǎng)絡(luò)編程的函數(shù)，不過原理是一樣的，我們就分析server.socket()。因為server是一個Server實例。所以server.socket() 對應(yīng)的函數(shù)是Server.prototype.socket。這個函數(shù)會從this中取出真正對象（TCPServer實例）的socket函數(shù)。然后執(zhí)行它。
      

       
 
 
        
  
  
  
      1. // 執(zhí)行真正對象的socket函數(shù) 
        2. 
  
  
  
      2. static void TCPServerSocket(const FunctionCallbackInfo& info) { 
        3. 
  
  
  
      3.   GetTCPServer(info.Holder())->Socket(); 
        4. 
  
  
  
      4. } 
        5. 
  
  
  
      5.  
        6. 
  
  
  
      6. // 取出真正的對象，即obj[0] 
        7. 
  
  
  
      7. static TCPServer * GetTCPServer(Local object) { 
  
  
  
      8.     return reinterpret_cast((*reinterpret_cast*>(&object))->GetAlignedPointerFromInternalField(0)); 
        9. 
  
  
  
      9.  } 
        10. 
 
 
 
        從中我們可以看到Server函數(shù)是一個透傳的作用。他主要用于適配V8的協(xié)議。真正的邏輯是在它關(guān)聯(lián)的對象中實現(xiàn)的。其余的實現(xiàn)如下。
        

         
 
 
          
  
  
  
        1. int Socket() { 
          2. 
  
  
  
        2.     listerFd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); 
          3. 
  
  
  
        3.     return listerFd; 
          4. 
  
  
  
        4. } 
          5. 
  
  
  
        5.  
          6. 
  
  
  
        6. int Bind() {     
          7. 
  
  
  
        7.     struct sockaddr_in serv_addr; 
          8. 
  
  
  
        8.     memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr)); 
          9. 
  
  
  
        9.     serv_addr.sin_family = AF_INET; 
          10. 
  
  
  
        10.     serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(_ip); 
          11. 
  
  
  
        11.     serv_addr.sin_port = htons(_port); 
          12. 
  
  
  
        12.     return bind(listerFd, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)); 
          13. 
  
  
  
        13. } 
          14. 
  
  
  
        14.  
          15. 
  
  
  
        15. int Listen() { 
          16. 
  
  
  
        16.     return listen(listerFd, 512); 
          17. 
  
  
  
        17. } 
          18. 
  
  
  
        18.  
          19. 
  
  
  
        19. int Accept() { 
          20. 
  
  
  
        20.     int clientFd = accept(listerFd, nullptr, nullptr); 
          21. 
  
  
  
        21.     // 返回ok，然后關(guān)閉TCP連接 
          22. 
  
  
  
        22.     const char * rsp = "connect ok"; 
          23. 
  
  
  
        23.     write(clientFd, rsp, sizeof(rsp)); 
          24. 
  
  
  
        24.     close(clientFd); 
          25. 
  
  
  
        25.     return 0; 
          26. 
  
  
  
        26. } 
          27. 
  
  
  
        27.  
          28. 
  
  
  
        28. int Setsockopt(int level, int optionName, const void *optionValue, socklen_t option_len) { 
          29. 
  
  
  
        29.     return setsockopt(listerFd, level, optionName, optionValue, option_len); 
          30. 
  
  
  
        30. } 
          31. 
  
  
  
        31.  
          32. 
  
  
  
        32. int Close() { 
          33. 
  
  
  
        33.     return close(listerFd); 
          34. 
  
  
  
        34. } 
          35. 
 
 
 
        都是對socket網(wǎng)絡(luò)編程的封裝。最后我們通過No server.js啟動服務(wù)器，全部代碼執(zhí)行完后，最后阻塞在accept。
        

         
 
 
          
  
  
  
        1. while(1) { 
          2. 
  
  
  
        2.     server.accept(); 
          3. 
  
  
  
        3. } 
          4. 
 
 
 
        這時候我們啟動客戶端。
        

         
 
 
          
  
  
  
        1. const net = require('net'); 
          2. 
  
  
  
        2.  
          3. 
  
  
  
        3. function handle() { 
          4. 
  
  
  
        4.     setTimeout(() => { 
          5. 
  
  
  
        5.         const socket = net.connect({host: '127.0.0.1', port: 8989 }); 
          6. 
  
  
  
        6.         socket.on('connect', () => { 
          7. 
  
  
  
        7.             console.log('ok'); 
          8. 
  
  
  
        8.             socket.destroy(); 
          9. 
  
  
  
        9.             handle(); 
          10. 
  
  
  
        10.         }); 
          11. 
  
  
  
        11.     }, 1000); 
          12. 
  
  
  
        12. } 
          13. 
  
  
  
        13. handle(); 
          14. 
 
 
 
        我們會看到不斷輸出ok，因為一直在斷連重連。至此我們通過拓展V8完成了一個服務(wù)器的開發(fā)。
        后記：本文通過拓展V8實現(xiàn)一個簡單的樸素版TCP服務(wù)器來了如何拓展V8，而Node.js正是用了這種方式。再封裝一下操作系統(tǒng)的文件、網(wǎng)絡(luò)、進(jìn)程、線程、IPC等等，我們也可以實現(xiàn)一個Node.js。當(dāng)然，這是理論上。No.js倉庫https://github.com/theanarkh/No.js
                                                        
        
                                                文章名稱：從No.js看Node.js原理                                                
        
                                                文章源于：http://www.5511xx.com/article/cosgpop.html