摘要：具體調用鏈路如圖函數主要是解析啟動參數，并過濾選項傳給引擎。查閱文檔之后發現，通過指定參數可以設置線程池大小。原來的字節碼編譯優化還有都是通過多線程完成又繼續深入調查，發現環境變量會影響的線程池大小。執行過程如下調用執行。

作者：正龍 （滬江Web前端開發工程師）
本文原創，轉載請注明作者及出處。

隨著Node.js的普及，越來越多的開發者使用Node.js來搭建環境，也有很多公司開始把Web站點遷移到Node.js服務器。Node.js的優勢顯而易見，本文不再贅述，那么它是如何做到的呢？內部的邏輯又是什么？帶著這些問題，筆者開始了研究Node.js的漫漫長征路。今天，筆者將跟大家探討一下Node.js的啟動原理。

Node.js內部主要依賴Google的V8引擎和libuv實現。V8，想必大家會比較熟悉，它首創把JavaScript直接翻譯成匯編代碼的方式執行，讓很多不可能變成了可能，例如Node.js。libuv，是一個跨平臺的異步IO庫，它所說的IO除了包含本地文件操作，還包含TCP、UDP等網絡套接字操作，范圍甚至可以擴展到所有流操作（Stream）。所以，我們可以把Node.js理解為添加了網絡功能的V8。

為了描述方便，下面提到的環境是基于Windows 7專業版。用MAC的伙伴們也不用慌，內容實質仍然適用，可能具體名詞有些區別。另外，伙伴們可以下載一份Node.js的源代碼（點此下載），本文用的是6.10.0 LTS。

我們打開Node.js的二進制發布包，里面內容很簡單：node.exe、npm和node.h頭文件。node.h頭文件只有開發Node.js插件時才會用到。當我們啟動node.exe時，它到底做了哪些事情？

首先，它是一個EXE可執行文件，那肯定會有一個main函數。Node.js的main函數定義在node_main.cc中，它主要是初始化V8 Platform和v8引擎；然后會啟動一個Node.js實例。具體調用鏈路如圖：

Init函數主要是解析Node.js啟動參數，并過濾V8選項傳給JavaScript引擎。

Node.js的main函數原來這么短，那它應該很快運行完并返回。實際上，命令行窗口會一直等待著，并沒有馬上退出，這又是怎么回事呢？答案就在StartInstance里。首先它會創建V8執行沙盒，生成并初始化Node.js運行環境對象，然后啟動Node.js的循環等待。具體如圖：

也就是說Node.js的主線程主要消費來自UV默認事件循環(uv_default_loop)和V8的MainThreadQueue和MainThreadDelayedQueue的任務。uv_run是一個阻塞調用。如果隊列中有任務，則執行并返回true，如果沒有的話，會阻塞住當前線程；如果返回false，則整個Node.js進程會釋放資源并退出。注意參數UV_RUN_ONCE，意思是從隊列中只取一個任務執行，不管隊列中當前是否有多個任務。

到這兒，大概可以理解到Node.js的“單線程”是怎么回事。那運行的Node.js進程確實只開啟了一個線程嗎？我們打開任務管理器看看：

實際上，Node.js進程當前有7個線程。查閱文檔之后發現，Node.js通過指定參數--v8-pool-size可以設置V8線程池大小。原來V8的字節碼編譯、優化還有GC都是通過多線程完成；又繼續深入調查，發現環境變量UV_THREADPOOL_SIZE會影響libuv的線程池大小。

Node.js目前為止做的事情可以歸納為，初始化V8和libuv。接下來，我們看看Node.js自身運行環境是怎樣構建起來的。Node.js自身的運行環境由Environment類表示，我們需要把process對象構建起來。process對象在JavaScript應用代碼中是可以訪問到，它的文檔可以狠戳這兒。注意，process現在還沒有賦值給Global對象。CreateEnvironment執行流程如圖：

調用setAutorunMicrotask禁止V8自己消費隊列中的任務。SetupProcessObject主要設置process的屬性，例如比較重要的binding，還有其它提供給開發者的字段，比如cpuUsage、hrtime、uptime等。binding用于獲取C/C++構建的模塊，Node.js中的net庫就是通過這種方式最終調用到libuv。

binding就是做模塊查找，其執行過程如下：

從Args中獲取到模塊名稱。

從Binding Cache中看是否能找到模塊，如果有直接返回模塊的exports。

3往Module Load List中追加一條模塊記錄，名稱為"binding " + 模塊名。

調用get_builtin_module，參數是模塊名，get_builtin_module會從modlist_builtin列表中查找內置模塊，所有內置模塊和第三方擴展都記錄在modlist_builtin列表中。C/C++模塊通過NODE_MODULE_CONTEXT_AWARE_BUILTIN注冊，第三方擴展模塊通過NODE_MODULE注冊。最終都會調用node_module_register。node_module結構體包含注冊函數、模塊名稱、文件名稱等信息。

如果查找到，則返回對應模塊的exports。

如果模塊名是constants，則調用DefineContstants。

如果模塊名是natives，則調用DefineJavaScript，會返回所有內置模塊，它們一般由Javascript實現。這些模塊在/lib目錄下，會通過js2c.py轉成c代碼，js2c.py會生成一個臨時文件node_natives.h，里面包含了NODE_NATIVES_MAP的定義。

否則，拋出錯誤：沒有指定名稱的模塊。

環境對象準備好之后，就開始真正加載Node.js自身提供的JavaScript類庫代碼。LoadEnvironment執行過程如下：

調用ExecuteString執行bootstrap_node.js。bootstrap_node.js文件里定義了一個函數它會往Global對象上添加屬性，通過internal/module加載Node.js自身提供的JavaScript類庫。

執行上一步返回的函數，并傳入env->process_object()對象。

到這兒，我們可以總結2個問題：

Node.js里面自己提供的JavaScript庫是怎么實現的？

通過C/C++代碼封裝成Node.js內置模塊，然后再通過process.binding暴露給JavaScript。

JavaScript庫文件是怎么打包在node.exe中？

Node.js內置的JavaScript文件，通過js2c.py編譯生成臨時文件node_natives.h。

原理思路基本搞明白之后，下面我們來做個小實例：如何把C++對象暴露給JavaScript。
程序主要是C++和JavaScript的交互，通過Node.js插件的方式運行。所以大家需要先了解下如何編譯Node.js插件，官方文檔猛戳這兒。

首先定義要導出的C++類，構造器可以傳入一個數值；調用成員方法PlusOne，數值自增1并返回當前值。

namespace demo {
    class MyObject : public node::ObjectWrap {
    public:
        static void Init(v8::Local exports);
        static void NewInstance(const v8::FunctionCallbackInfo& args);
        inline double value() const { return _value; }

    private:
        explicit MyObject(double value = 0);
        ~MyObject();

        static void New(const v8::FunctionCallbackInfo& args);
        static void PlusOne(const v8::FunctionCallbackInfo& args);
        static v8::Persistent constructor;
        double _value;
    };
}

實現文件

    void MyObject::NewInstance(const FunctionCallbackInfo& args) {
        Isolate* isolate = args.GetIsolate();

        const unsigned argc = 1;
        Local argv[argc] = { args[0] };
        Local cons = Local::New(isolate, constructor);
        Local context = isolate->GetCurrentContext();
        Local