Node.js系列一 JavaScript运行原理

1、JavaScript如何运行

1.1、Atwood定律

我们先看一下官方对Node.js的定义：

• Node.js是一个基于V8 JavaScript引擎的JavaScript运行时环境。

但是这句话对于很多同学来说，非常笼统：

• 什么是JavaScript运行环境？
• 为什么JavaScript需要特别的运行环境呢？
• 什么又是JavaScript引擎？
• 什么是V8？

我们先来把这些概念搞清楚，再去看Node到底是什么？
Stack Overflow的创立者之一的 Jeff Atwood 在2007年提出了著名的 Atwood定律：

• Any application that can be written in JavaScript, will eventually be written in JavaScript.
• 任何可以使用JavaScript来实现的应用最终都会使用JavaScript实现。

但是在发明之初，JavaScript的目的是应用于在浏览器执行简单的脚本任务，对浏览器以及其中的DOM进行各种操作，所以JavaScript的应用场景非常受限。

• Atwood定律更像是一种美好的远景，在当时看来还没有实现的可能性。
• 但是随着Node的出现，Atwood定律已经越来越多的被证实是正确的。

但是为了可以理解Node.js到底是如何帮助我们做到这一点的，我们必须了解JavaScript是如何被运行的。

1.2、浏览器内核

我们经常会说：不同的浏览器有不同的内核组成

• Gecko：早期被Netscape和Mozilla Firefox浏览器浏览器使用；
• Trident：微软开发，被IE4~IE11浏览器使用，但是Edge浏览器已经转向Blink；
• Webkit：苹果基于KHTML开发、开源的，用于Safari，Google Chrome之前也在使用；
• Blink：是Webkit的一个分支，Google开发，目前应用于Google Chrome、Edge、Opera等；

事实上，我们经常说的浏览器内核指的是浏览器的排版引擎：

• 排版引擎（layout engine），也称为浏览器引擎（browser engine）、页面渲染引擎（rendering engine）或样版引擎。

  
  
  

  WebKit main flow

但是在这个执行过程中，HTML解析的时候遇到了JavaScript标签，应该怎么办呢？

• 会停止解析HTML，而去加载和执行JavaScript代码；

当然，为什么不直接异步去加载执行JavaScript代码，而要在这里停止掉呢？

• 这是因为JavaScript代码可以操作我们的DOM；
• 所以浏览器希望将HTML解析的DOM和JavaScript操作之后的DOM放到一起来生成最终的DOM树，而不是频繁的去生成新的DOM树；

那么，JavaScript代码由谁来执行呢？

• JavaScript引擎

1.3、JavaScript引擎

为什么需要JavaScript引擎呢？

• 事实上我们编写的JavaScript无论你交给浏览器或者Node执行，最后都是需要被CPU执行的；
• 但是CPU只认识自己的指令集，实际上是机器语言，才能被CPU所执行；
• 所以我们需要JavaScript引擎帮助我们将JavaScript代码翻译成CPU指令来执行；

比较常见的JavaScript引擎有哪些呢？

• SpiderMonkey：第一款JavaScript引擎，由Brendan Eich开发（也就是JavaScript作者）；
• Chakra：微软开发，用于IT浏览器；
• JavaScriptCore：WebKit中的JavaScript引擎，Apple公司开发；
• V8：Google开发的强大JavaScript引擎，也帮助Chrome从众多浏览器中脱颖而出；

这里我们先以WebKit为例，WebKit事实上由两部分组成的：

• WebCore：负责HTML解析、布局、渲染等等相关的工作；

• JavaScriptCore：解析、执行JavaScript代码；

  
  
  

  webkit内核

1.4. V8引擎

我们来看一下官方对V8引擎的定义：

• V8是用C ++编写的Google开源高性能JavaScript和WebAssembly引擎，它用于Chrome和Node.js等。
• 它实现ECMAScript和WebAssembly，并在Windows 7或更高版本，macOS 10.12+和使用x64，IA-32，ARM或MIPS处理器的Linux系统上运行。
• V8可以独立运行，也可以嵌入到任何C ++应用程序中。

V8引擎本身的源码非常复杂，大概有超过100w行C++代码，但是我们可以简单了解一下它执行JavaScript代码的原理：

• Parse模块会将JavaScript代码转换成AST（抽象语法树），这是因为解释器并不直接认识JavaScript代码；如果函数没有被调用，那么是不会被转换成AST的；
• Ignition是一个解释器，会将AST转换成ByteCode（字节码）

• TurboFan是一个编译器，可以将字节码编译为CPU可以直接执行的机器码；

  
  
  

  v8的运行原理

上面是JavaScript代码的执行过程，事实上V8的内存回收也是其强大的另外一个原因，这里暂时先不展开讨论：

• Orinoco模块，负责垃圾回收，将程序中不需要的内存回收；

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2、邂逅Node.js

2.1、 Node.js是什么？

回顾：官方对Node.js的定义：

• Node.js是一个基于V8 JavaScript引擎的JavaScript运行时环境。也就是说Node.js基于V8引擎来执行JavaScript的代码，但是不仅仅只有V8引擎：
• 前面我们知道v8引擎可以嵌入到任何C ++应用程序中，无论是Chrome还是Node.js，事实上都是嵌入了V8引擎来执行JavaScript代码；
• 但是在Chrome浏览器中，还需要解析、渲染HTML、CSS等相关渲染引擎，另外还需要提供支持浏览器操作的API、浏览器自己的事件循环等；
• 另外，在Node.js中我们也需要进行一些额外的操作，比如文件系统读/写、网络IO、加密、压缩解压文件等操作；
• 我们编写的JavaScript代码会经过V8引擎，再通过Node.js的Bindings，将任务放到Libuv的事件循环中；
• libuv（Unicorn Velociraptor—独角伶盗龙）是使用C语言编写的库；
• libuv提供了事件循环、文件系统读写、网络IO、线程池等等内容；

2.2. Node.js可以做什么？

了解了Node.js的架构，那么使用它我们可以做什么呢？

• 前后端页面渲染：
  1. 支持项目同构开发，
  2. 对于需要进行首屏优化、SEO的页面进行后端渲染
• 开发命令行工具：
  1. webpack、gulp等都是基于Node，
  2. 开发自己独立的命令行工具（类似于shell、Python做的事情，对于前端更加友好）
• 桌面应用的开发：
  1. 类似于VSCode这种强大的桌面应用
  2. 甚至开发桌面端大型游戏
• 进行服务器开发
  1. 拥有类似express、koa等强大的web框架
  2. 开发Web Socket等服务器

2.3. Node.js的安装

Node.js是在2009年诞生的，目前最新的版本是分别是12.18.4以及14.12.0：

• LTS版本：相对稳定一些，推荐线上环境使用该版本；
• Current版本：最新的Node版本，包含很多新特性；

这些我们选择什么版本呢？

• 如果你是学习使用，可以选择current版本；
• 如果你是公司开发，建议选择LTS版本；

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参考

• JavaScript运行原理