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前言

我很喜欢JS这门语言,感觉它和C语言一样,在C语言里,很多东西都需要自己实现,让我们可以发挥无限的创造力和想象力。在JS中,虽然很多东西在V8里已经提供,但是用JS,依然可以创造很多好玩的东西,还有好玩的写法。另外,JS应该我见过唯一的一门没有实现网络和文件功能的语言,网络和文件,是一个很重要的能力,对于程序员来说,也是很核心很基础的知识。很幸运,Node.js被创造出来了,Node.js在JS的基础上,使用V8和Libuv提供的能力,极大地拓展、丰富了JS的能力,尤其是网络和文件,这样我就不仅可以使用JS,还可以使用网络、文件等功能,这是我逐渐转向Node.js方向的原因之一,也是我开始研究Node.js源码的原因之一。虽然Node.js满足了我喜好和技术上的需求,不过一开始的时候,我并没有全身心地投入代码的研究,只是偶尔会看一下某些模块的实现,真正的开始,是为了做《Node.js是如何利用Libuv实现事件循环和异步》的分享,从那时候起,大部分业余时间和精力都投入源码的研究。     我首先从Libuv开始研究,因为Libuv是Node.js的核心之一。由于曾经研究过一些Linux的源码,也一直在学习操作系统的一些原理和实现,所以在阅读Libuv的时候,算是没有遇到太大的困难,C语言函数的使用和原理,基本都可以看明白,重点在于需要把各个逻辑捋清楚。我使用的方法就是注释和画图,我个人比较喜欢写注释。虽然说代码是最好的注释,但是我还是愿意花时间用注释去把代码的背景和意义阐述一下,而且注释会让大部分人更快地能读懂代码的含义。读Libuv的时候,也穿插地读了一些JS和C++层的代码。我阅读Node.js源码的方式是,选择一个模块,垂直地从JS层分析到C++层,然后到Libuv层。     读完Libuv,接下来读的是JS层的代码,JS虽然容易看懂,但是JS层的代码非常多,而且我感觉逻辑上也非常绕,所以至今,我还有很多没有细读,这个作为后续的计划。Node.js中,C++算是胶水层,很多时候,不会C++,其实也不影响Node.js源码的阅读,因为C++很多时候,只是一种透传的功能,它把JS层的请求,通过V8,传给Libuv,然后再反过来,所以C++层我是放到最后才细读。C++层我觉得是最难的,这时候,我又不得不开始读V8的源码了,理解V8非常难,我选取的几乎是最早的版本0.1.5,然后结合8.x版本。通过早期版本,先学习V8的大概原理和一些早期实现上的细节。因为后续的版本虽然变化很大,但是更多只是功能的增强和优化,有很多核心的概念还是没有变化的,这是我选取早期版本的原因,避免一开始就陷入无穷无尽的代码中,迷失了方向,失去了动力。但是哪怕是早期的版本,有很多内容依然非常复杂,结合新版本是因为有些功能在早期版本里没有实现,这时候要明白它的原理,就只能看新版的代码,有了早期版本的经验,阅读新版的代码也有一定的好处,多少也知道了一些阅读技巧。     Node.js的大部分代码都在C++和JS层,所以目前仍然是在不断地阅读这两层的代码。还是按照模块垂直分析。阅读Node.js代码,让我更了解Node.js的原理,也更了解JS。不过代码量非常大,需要源源不断的时间和精力投入。但是做技术,知其然知其所以然的感觉是非常美妙的,你靠着一门技术谋生,却对它知之甚少,这种感觉并不好。阅读源码,虽然不会为你带来直接的、迅速的收益,但是有几个好处是必然的。第一是它会决定你的高度,第二你写代码的时候,你看到的不再是一些冰冷冷、无生命的字符。这可能有点夸张,但是你了解了技术的原理,你在使用技术的时候,的确会有不同的体验,你的思维也会有了更多的变化。第三是提高了你的学习能力,当你对底层原理有了更多的了解和理解,你在学习其它技术的时候,就会更快地学会,比如你了解了epoll的原理,那你看Nginx、Redis、Libuv等源码的时候,关于事件驱动的逻辑,基本上很快就能看懂。很高兴有这些经历,也投入了很多时间和经精力,希望以后对Node.js有更多的理解和了解,也希望在Node.js方向有更多的实践。

本书的目的

    阅读Node.js源码的初衷是让自己深入理解Node.js的原理,但是我发现有很多同学对Node.js原理也非常感兴趣,因为业余时间里也一直在写一些关于Node.js源码分析的文章(基于Node.js V10和V14),所以就打算把这些内容整理成一本有体系的书,让感兴趣的同学能系统地去了解和理解Node.js的原理。不过我更希望的是,读者从书中不仅学到Node.js的知识,而且也学到如何阅读Node.js源码,可以自己独立完成源码的研究。也希望更多同学分享自己的心得。本书不是Node.js的全部,但是尽量去讲得更多,源码非常多,错综复杂,理解上可能有不对之处,欢迎交流。因为看过Linux早期内核(0.11和1.2.13)和早期V8(0.1.5)的一些实现,文章会引用其中的一些代码,目的在于让读者可以更了解一个知识点的大致实现原理,如果读者有兴趣,可以自行阅读相关代码。

本书结构

本书共分为二十二章,讲解的代码都是基于Linux系统的。

  1. 主要介绍了Node.js的组成和整体的工作原理,另外分析了Node.js启动的过程,最后介绍了服务器架构的演变和Node.js的所选取的架构。
  2. 主要介绍了Node.js中的基础数据结构和通用的逻辑,在后面的章节会用到。
  3. 主要介绍了Libuv的事件循环,这是Node.js的核心所在,本章具体介绍了事件循环中每个阶段的实现。
  4. 主要分析了Libuv中线程池的实现,Libuv线程池对Node.js来说是非常重要的,Node.js中很多模块都需要使用线程池,包括crypto、fs、dns等。如果没有线程池,Node.js的功能将会大打折扣。同时分析了Libuv中子线程和主线程的通信机制。同样适合其它子线程和主线程通信。
  5. 主要分析了Libuv中流的实现,流在Node.js源码中很多地方都用到,可以说是非常核心的概念。
  6. 主要分析了Node.js中C++层的一些重要模块和通用逻辑。
  7. 主要分析了Node.js的信号处理机制,信号是进程间通信的另一种方式。
  8. 主要分析了Node.js的dns模块的实现,包括cares的使用和原理。
  9. 主要分析了Node.js中pipe模块(Unix域)的实现和使用,Unix域是实现进程间通信的方式,它解决了没有继承的进程无法通信的问题。而且支持传递文件描述符,极大地增强了Node.js的能力。
  10. 主要分析了Node.js中定时器模块的实现。定时器是定时处理任务的利器。
  11. 主要分析了Node.js setImmediate和nextTick的实现。
  12. 主要介绍了Node.js中文件模块的实现,文件操作是我们经常会用到的功能。
  13. 主要介绍了Node.js中进程模块的实现,多进程使得Node.js可以利用多核能力。
  14. 主要介绍了Node.js中线程模块的实现,多进程和多线程有类似的功能但是也有一些差异。
  15. 主要介绍了Node.js中cluster模块的使用和实现原理,cluster模块封装了多进程能力,使得Node.j是可以使用多进程的服务器架构,利用了多核的能力。
  16. 主要分析了Node.js中UDP的实现和相关内容。
  17. 主要分析了Node.js中TCP模块的实现,TCP是Node.js的核心模块,我们常用的HTTP,HTTPS都是基于net模块。
  18. 主要介绍了HTTP模块的实现以及HTTP协议的一些原理。
  19. 主要分析了Node.js中各种模块加载的原理,深入理解Node.js的require函数所做的事情。
  20. 主要介绍了一些拓展Node.js的方法,使用Node.js,拓展Node.js。
  21. 主要介绍了JS层Stream的实现,Stream模块的逻辑很绕,大概讲解了一下。
  22. 主要介绍了Node.js中event模块的实现,event模块虽然简单,但是是Node.js的核心模块。

面对的读者

本书面向有一定Node.js使用经验并对Node.js原理感兴趣的同学,因为本书是Node.js源码的角度去分析Node.js的原理,其中部分是C、C++,所以需要读者有一定的C、C++基础,另外,有一定的操作系统、计算机网络、V8基础会更好。

阅读建议

建议首先阅读前面几种基础和通用的内容,然后再阅读单个模块的实现,最后有兴趣的话,再阅读如何拓展Node.js章节。如果你已经比较熟悉Node.js,只是对某个模块或内容比较感兴趣,则可以直接阅读某个章节。刚开始阅读Node.js源码时,选取的是V10.x的版本,后来Node.js已经更新到了V14,所以书中的代码有的是V10有的是V14的。Libuv是V1.23。可以到我的github上获取。

源码阅读建议

Node.js的源码由JS、C++、C组成。 1 Libuv是C语言编写。理解Libuv除了需要了解C语法外,更多的是对操作系统和网络的理解,有些经典的书籍可以参考,比如《Unix网络编程》1,2两册,《Linux系统编程手册》上下两册,《TCP/IP权威指南》等等。还有Linux的API文档以及网上优秀的文章都可以参考一下。

2 C++主要是利用V8提供的能力对JS进行拓展,也有一部分功能使用C++实现,总的来说C++的作用更多是胶水层,利用V8作为桥梁,连接Libuv和JS。不会C++,也不完全影响源码的阅读,但是会C++会更好。阅读C++层代码,除了语法外,还需要对V8的概念和使用有一定的了解和理解。

3 JS代码相信学习Node.js的同学都没什么问题。

其它资源

个人博客 csdn https://blog.csdn.net/THEANARKH
知乎https://www.zhihu.com/people/theanarkh
github https://github.com/theanarkh
阅读Node.js源码时,所用到的基础知识、所作积累和记录几乎都在上面的博客中。 如果你有任何问题可以到https://github.com/theanarkh/understand-nodejs提issue或者联系我。