邂逅 NodeJS

邂逅 NodeJS

是Node.js？

• 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。
  • Node.js® is a JavaScript runtime built on [Chrome's V8 JavaScript engine](https://v8.dev/).
• 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？

JavaScript无处不在

• Stack Overflow的创立者之一的Jeff Atwood在2007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来实现的应用都最终都会使用JavaScript实现。

浏览器内核是什么？

• 大家有没有深入思考过：JavaScript代码，在浏览器中是如何被执行的？
• 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；
  • 等等…
• 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。

渲染引擎工作的过程

• 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

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BrendanEich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；

WebKit 内核

• 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；
• 看到这里，学过小程序的同学有没有感觉非常的熟悉呢？
  • 在小程序中编写的JavaScript代码就是被JSCore执行的；
• 另外一个强大的JavaScript引擎就是V8引擎

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Windows7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引擎的原理

• 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；
  • Parse的V8官方文档：https://v8.dev/blog/scanner
• Ignition是一个解释器，会将AST转换成ByteCode（字节码）
  • 同时会收集TurboFan优化所需要的信息（比如函数参数的类型信息，有了类型才能进行真实的运算）；
  • 如果函数只调用一次，Ignition会执行解释执行ByteCode；
  • Ignition的V8官方文档：https://v8.dev/blog/ignition-interpreter
• 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；
  • 如果一个函数被多次调用，那么就会被标记为热点函数，那么就会经过TurboFan转换成优化的机器码，提高代码的执行性能；
  • 但是，机器码实际上也会被还原为ByteCode，这是因为如果后续执行函数的过程中，类型发生了变化（比如sum函数原来执行的是number类型，后来执行变成了string类型），之前优化的机器码并不能正确的处理运算，就会逆向的转换成字节码；
  • TurboFan的V8官方文档：https://v8.dev/blog/turbofan-jit
• 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，不过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；
  • Orinoco的V8官方文档：https://v8.dev/blog/trash-talk

回顾：Node.js是什么

• 回顾：官方对Node.js定义：

  • Node.js是一个基于V8 JavaScript引擎的JavaScript运行时环境。
  • Node.js® is a JavaScript runtime built on [Chrome's V8 JavaScript engine](https://v8.dev/).

• 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；

浏览器和Node.js架构区别

• 我们可以简单理解规划出Node.js和浏览器的差异：

  

Node.js架构

• 我们来看一个单独的Node.js的架构图：

  • 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（UnicornVelociraptor—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；

  • 具体内部代码的执行流程，我会在后续专门讲解事件和异步IO的原理中详细讲解；

    

Node.js的应用场景

• Node.js的快速发展也让企业对Node.js技术越来越重视，在前端招聘中通常会对Node.js有一定的要求，特别对于高级前端开发工程师，Node.js更是必不可少的技能：
  • 目前前端开发的库都是以node包的形式进行管理；
  • npm、yarn工具成为前端开发使用最多的工具；
  • 越来越多的公司使用Node.js作为web服务器开发；
  • 大量项目需要借助Node.js完成前后端渲染的同构应用；资深前端工程师需要为项目编写脚本工具（前端工程师编写脚本通常会使用JavaScript，而不是Python或者shell）；
  • 很多企业在使用Electron来开发桌面应用程序；

Node的安装

• 参考博客：https://blog.csdn.net/HTML_Z/article/details/124364993

• Node.js是在2009年诞生的，目前最新的版本是分别是LTS 12.19.0以及Current14.13.1：

  • 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；

• Node的安装方式有很多：

  • 可以借助于一些操作系统上的软件管理工具，比如Mac上的homebrew，Linux上的yum、dnf等；
  • 也可以直接下载对应的安装包下载安装；

• 我们选择下载安装，下载自己操作系统的安装包直接安装就可以了：

  • window选择.msi安装包，Mac选择.pkg安装包，Linux会在后续部署中讲解；
  • 安装过程中会配置环境变量（让我们可以在命令行使用）；并且会安装npm（NodePackageManager）工具

JavaScript代码执行

• 如果我们编写一个js文件，里面存放JavaScript代码，如何来执行它呢？

• 目前我们知道有两种方式可以执行：

  • 将代码交给浏览器执行；

    

  • 将代码载入到node环境中执行

    

• 如果我们希望把代码交给浏览器执行：

  • 需要通过让浏览器加载、解析html代码，所以我们需要创建一个html文件；
  • 在html中通过script标签，引入js文件；
  • 当浏览器遇到script标签时，就会根据src加载、执行JavaScript代码；

• 如果我们希望把js文件交给node执行：

  • 首先电脑上需要安装Node.js环境，安装过程中会自动配置环境变量；
  • 可以通过终端命令nodejs文件的方式来载入和执行对应的js文件；

Node的REPL

• 什么是REPL呢？感觉挺高大上
  • REPL是Read-Eval-PrintLoop的简称，翻译为“读取-求值-输出”循环；
  • REPL是一个简单的、交互式的编程环境；
• 事实上，我们浏览器的console就可以看成一个REPL。
• Node也给我们提供了一个REPL环境，我们可以在其中演练简单的代码。

Node程序传递参数

• 正常情况下执行一个node程序，直接跟上我们对应的文件即可：

  • node index.js

• 但是，在某些情况下执行node程序的过程中，我们可能希望给node传递一些参数：

  • node index,js env = development 张三

• 如果我们这样来使用程序，就意味着我们需要在程序中获取到传递的参数：

  • 获取参数其实是在process的内置对象中的；
  • 如果我们直接打印这个内置对象，它里面包含特别的信息
  • 其他的一些信息，比如版本、操作系统等大家可以自行查看，后面用到一些其他的我们还会提到；

• 现在，我们先找到其中的argv属性：

  • 我们发现它是一个数组，里面包含了我们需要的参数；

    

为什么叫argv呢？

• 你可能有个疑问，为什么叫argv呢？

• 在C/C++程序中的main函数中，实际上可以获取到两个参数：

  • argc：argumentcounter的缩写，传递参数的个数；
  • argv：argumentvector的缩写，传入的具体参数。
    • vector翻译过来是矢量的意思，在程序中表示的是一种数据结构。
    • 在C++、Java中都有这种数据结构，是一种数组结构；
    • 在JavaScript中也是一个数组，里面存储一些参数信息

• 我们可以在代码中，将这些参数信息遍历出来，使用：

  

Node的输出

• console.log
  • 最常用的输入内容的方式：console.log
• console.clear
  • 清空控制台：console.clear
• console.trace
  • 打印函数的调用栈：console.trace

常见的全局对象

• Node中给我们提供了一些全局对象，方便我们进行一些操作：

  • 这些全局对象，我们并不需要从一开始全部一个个学习；

    

  • 某些全局对象并不常用，具体用到再讲

  • 比如module、exports、require()会在模块化中讲到；

特殊的全局对象

• 为什么我称之为特殊的全局对象呢？
  • 这些全局对象可以在模块中任意使用，但是在命令行交互中是不可以使用的；
  • 包括：dirname、filename、exports、module、require()
• dirname：获取当前文件所在的路径：
  • 注意：不包括后面的文件名
• filename：获取当前文件所在的路径和文件名称：
  • 注意：包括后面的文件名称
• 

global和window的区别

• 在浏览器中，全局变量都是在window上的，比如有document、setInterval、setTimeout、alert、console等等

• 在Node中，我们也有一个global属性

  

• 但是在浏览器中执行的JavaScript代码，如果我们在顶级范围内通过var定义的一个属性，默认会被添加到window对象上：

• 但是在node中，我们通过var定义一个变量，它只是在当前模块中有一个变量，不会放到全局中：

  • 在index.js中

    // nodejs 中将变量存在模块中，并没有挂载到 global
    var a = 10;
    console.log(global.a); // undefined