从No.js看Node.js原理

　　作者：theanarkh来源：编程杂技

　　越来越多同学在使用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组成的，Node.js底层是C\C++，Node.js不是语言是运行时。本文通过实现一个类Node.js的JS运行时No.js，去理解Node.js的本质。No.js是我之前写的一个JS运行时，概念上是这么说，但是它算不上真正的运行时，它只是个demo，但是它让你看到如果你有兴趣，你也可以写个Node.js。

　　首先我们看看V8的基本用法。

#include

#include

#include

#include "include/libplatform/libplatform·h"

#include "include/v8.h"

int main(int argc, char* argv[]) {

// Initialize V8.

v8::V8::InitializeICUDefaultLocation(argv[0]);

v8::V8::InitializeExternalStartupData(argv[0]);

std::unique_ptr

platform = v8::platform::NewDefaultPlatform();

v8::V8::InitializePlatform(platform.get());

v8::V8::Initialize();

v8::Isolate::CreateParams create_params;

create_params.array_buffer_allocator =

v8::ArrayBuffer::Allocator::NewDefaultAllocator();

// 创建一个Isolate，表示一个隔离的实例

v8::Isolate* isolate = v8::Isolate::New(create_params);

v8::Isolate::Scope isolate_scope(isolate);

// 定义一个HandleScope 管理下面的handle内存的分配和释放

v8::HandleScope handle_scope(isolate);

// 创建一个上下文，js里访问的东西来自context

v8::Local

context = v8::Context::New(isolate);

v8::Context::Scope context_scope(context);

// 定义我们要执行的代码

v8::Local"'Hello' + ', World!'",v8::NewStringType::kNormal).ToLocalChecked();

source = v8::String::NewFromUtf8(isolate,

// 编译脚本

v8::Local

script = v8::Script::Compile(context, source).ToLocalChecked();

// 执行脚本

v8::Local

result = script->Run(context).ToLocalChecked();

// 输出结果

v8::String::Utf8Value utf8(isolate, result);

printf("%s\n", *utf8);

// Dispose the isolate and tear down V8.

isolate->Dispose();

v8::V8::Dispose();

v8::V8::ShutdownPlatform();

delete create_params.array_buffer_allocator;

return 0;

　　我们看代码很多，但是大部分的根据V8文档就行，最核心的是context和脚本的定义，我们看到这里的context是V8提供的内容，然后执行的JS脚本也平平无奇。下面我们要做的事情就是拓展这个context，给它注入一下新功能，相应地，在JS里也就能访问V8内置变量之外的变量，我们看看怎么搞。

// 拿到一个全局变量，这个就是我们在js里对应的全局变量

Local global = context->Global();

// 定义一个字符串对象

Localkey = String::NewFromUtf8(isolate, "TCP", NewStringType::kNormal, strlen("TCP")).ToLocalChecked();

Local"dummy", NewStringType::kNormal, strlen("dummy")).ToLocalChecked();

cbdata = String::NewFromUtf8(isolate,

// 定义一个函数

Local func = Function::New(context,

// 执行func时会调用Invoke，cbdata是入参

Invoke,

cbdata).ToLocalChecked();

// 把函数注册到全局变量，这样我们在js里就可以使用key该函数了

Maybe

ignore = global->Set(context, key, func);

// 打开文件

int fd = open(argv[1], O_RDONLY);

struct stat info;

// 取得文件信息

fstat(fd, &info);

// 分配内存保存文件内容

char *ptr = (char *)malloc(info.st_size + 1);

// 读取文件搭配ptr，Mac os的read函数定义第二个参数是void *

read(fd, (void *)ptr, info.st_size);

// 要执行的js代码

Local

source = String::NewFromUtf8(isolate, ptr,

NewStringType::kNormal,

info.st_size).ToLocalChecked();

1. 上面代码主要分为几个部分。
2. 1 从context中获取全局变量。
3. 2 定义一个新功能，并注入到全局变量，这样我们就可以在JS里访问了。
4. 3 打开一个文件并且读取进来，交给V8编译执行。下面我们看重点，即我们自定义的功能。从注释里我们看到我们给注入了一个TCP的全局变量。他的值是一个函数。当我们在JS里执行TCP这个函数的时候，就会执行我们自定义的C++函数，并传入实参。我们定义的函数是Invoke，我们看看实现。

static void Invoke(const FunctionCallbackInfo

& info) {

Isolate * isolate = info.GetIsolate();

// 新建一个函数模板，模版函数是TCPServer::NewTCPServer

Local

Server = FunctionTemplate::New(isolate, TCPServer::NewTCPServer);

Local"TCPServer", NewStringType::kNormal, strlen("TCPServer")).ToLocalChecked();

tcpServerString = String::NewFromUtf8(isolate,

// 函数名

Server ->SetClassName(tcpServerString);

// 预留一个指针空间，保存一些自定义的上下文

Server->InstanceTemplate()->SetInternalFieldCount(1);

// 设置TCPServer的原型方法

SetProtoMethod(isolate, Server, "socket", TCPServer::TCPServerSocket);

SetProtoMethod(isolate, Server, "bind", TCPServer::TCPServerBind);

SetProtoMethod(isolate, Server, "listen", TCPServer::TCPServerListen);

SetProtoMethod(isolate, Server, "accept", TCPServer::TCPServerAccept);

//SetProtoMethod(isolate, Server, "setsockopt", TCPServer::TCPServerSetsockopt);

info.GetReturnValue().Set(Server->GetFunction(isolate->GetCurrentContext()).ToLocalChecked());

　　上面代码看起来很复杂，主要是对V8 API的使用。在V8里，我们自定义的函数格式如下

static void func(const FunctionCallbackInfo

& info) {

info.GetReturnValue().Set(返回值);

入参是FunctionCallbackInfo

　　,函数的返回值通过info.GetReturnValue().Set函数设置。即我们在JS层拿到的内容。上面代码翻译成JS如下。

function Invoke() {

return Server;

// ---

function Server() {

TCPServer.NewTCPServer(this);

Server.prototype.socket = function socket() {

return this[0].socket();

// ---

class TCPServer(){

constructor(target) {

target[0] = this;

this.persistent_handle_ = target;

static NewTCPServer(target) {

new TCPServer(target);

socket() {}

bind() {}

　　可以看到，执行Invoke后拿到一个函数TCPServer。然后我们执行new TCPServer，JS代码如下（server.js）

const Server = TCP();

const server = new Server('127.0.0.1', 8989);

server.socket();

server.bind();

server.listen();

while(1) {

server.accept();

　　当我们执行new Server的时候。V8首先会创建一个对象obj，然后执行TCPServer.NewTCPServer。并传入obj对象。

static void NewTCPServer(const FunctionCallbackInfo

& info) {

String::Utf8Value ip_address(info.GetIsolate(), info[0]);

int port = info[1].As

()->Value();

// info.This()obj

new TCPServer(info.GetIsolate(),info.This(), *ip_address, port);

// 在this中保存object，析构C++对象的时候需要重置object[0]

TCPServer(Isolate* isolate, Local object, char * ip, int port): _isolate(isolate),persistent_handle_(isolate, object), _ip(ip), _port(port) {

// obj[0]=this

object->SetAlignedPointerInInternalField(0, static_cast

(this));

1. NewTCPServer同样创建一个对象this，然后通过obj[0]=this关联起来，这是核心逻辑，一会我们会看到有什么用。接下来我们执行一系列网络编程的函数，不过原理是一样的，我们就分析server.socket()。因为server是一个Server实例。所以server.socket() 对应的函数是Server.prototype.socket。这个函数会从this中取出真正对象（TCPServer实例）的socket函数。然后执行它。

// 执行真正对象的socket函数

static void TCPServerSocket(const FunctionCallbackInfo

& info) {

GetTCPServer(info.Holder())->Socket();

// 取出真正的对象，obj[0]

static TCPServer * GetTCPServer(Local object) {

return reinterpret_cast

((*reinterpret_cast

Local*>(&object))->GetAlignedPointerFromInternalField(0));

　　从中我们可以看到Server函数是一个透传的作用。它主要用于适配V8的协议。真正的逻辑是在它关联的对象中实现的。其余的实现如下。

int Socket() {

listerFd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

return listerFd;

int Bind() {

struct sockaddr_in serv_addr;

memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));

serv_addr.sin_family = AF_INET;

serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(_ip);

serv_addr.sin_port = htons(_port);

return bind(listerFd, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));

int Listen() {

return listen(listerFd, 512);

int Accept() {

int clientFd = accept(listerFd, nullptr, nullptr);

// 返回ok，然后关闭TCP连接

const char * rsp = "connect ok";

write(clientFd, rsp, sizeof(rsp));

close(clientFd);

return 0;

int Setsockopt(int level, int optionName, const void *optionValue, socklen_t option_len) {

return setsockopt(listerFd, level, optionName, optionValue, option_len);

int Close() {

return close(listerFd);

　　都是对socket网络编程的封装。最后我们通过No server.js启动服务器，全部代码执行完后，最后阻塞在accept。

while(1) {

server.accept();

这时候我们启动客户端。

const net = require('net');

function handle() {

setTimeout(() => {

const socket = net.connect({host: '127.0.0.1', port: 8989 });

socket.on('connect', () => {

console.log('ok');

socket.destroy();

handle();

}, 1000);

handle();

• 我们会看到不断输出ok，因为一直在断连重连。至此我们通过拓展V8完成了一个服务器的开发。
• 后记：本文通过拓展V8实现一个简单的朴素版TCP服务器来了如何拓展V8，而Node.js正是用了这种方式。再封装一下操作系统的文件、网络、进程、线程、IPC等等，我们也可以实现一个Node.js。当然，这是理论上。No.js仓库https://github.com/theanarkh/No.js