Node.js应用实战和工作原理解析

Node.js是一个基于Chrome JavaScript运行时建立的开发平台， 用于方便地搭建响应速度快、易于扩展的网络应用。Node.js 使用事件驱动，非阻塞I/O模型而得以轻量和高效，非常适合在分布式设备上运行数据密集型的实时应用，例如移动应用里的消息模块。

为满足云智慧透视宝用户对Node.js的代码级性能监控需求，我们的程序猿Else对Node.js的工作原理和运行机制进行了大量的深入研究，而本次分享正是来自Else的心得体会。
本文分为俩个部分：
第一部分：通过应用层面，给大家演示什么Node.js，它能做什么，怎么去做。
第二部分：在大家对Node.js有个基本认识之后，从理论层面谈谈Node.js的运行机制。

Node.js应用解析

Node.js是能够跨平台的，今晚我们分享将基于windows，但linux或者macro大致相同，如果有疑问大家可以相互探讨，本人邮件地址 else.li@yunzhihui.com qq:287798478
nodejs环境搭建
首先登陆node官网下载安装包，地址是：nodejs.org/en/

下载完成之后，安装步骤就是傻瓜式的下一步下一步：

安装完成之后在windows下打开powershell，然后执行 " node -v "就能查看到我们node的版本信息，这也就说明我们的node已经安装成功。

第一个demo
之后我们找个目录新建一个项目文件夹，然后在项目文件夹下面新建一个hello.js的文件，将如下代码写入hello.js的文件：

而后我们cd到项目目录下，运行node hello__.js

然后在浏览器里输入127.0.0.1:8899就能直接访问我们的服务了

我们在代码中用了 var http = require("http"); 这种方式引用了node的一个自身模块http，模块可以理解成DotNet的类库、Java的包，然后应用这个http模块快速建了一个服务，这也是node给开发人员带来的便利。
NPM
说到便利，对于node.js还必须要提到NPM，在上个demo中我们用到var http = require("http"); 来引用模块，我们也说到了http是node自身的模块，那么如果需要引用一些node的非自身模块，应该如何做呢？
这个任务的第一步就交给NPM，在安装node的同时已经将NPM工具安装完成，我们只需要执行NPM -v就能查看NPM的版本，直接输入NPM可以查看相关帮助。
NPM的最常见用法就是安装依赖模块，当安装完成之后我们的项目就能对安装的依赖模块进行引用。现在我们拿 express模块来举个栗子，首先需要cd 到项目的node_modules目录下，然后运行npm install express：

当你看到这样的界面的时候就说明模块已经安装成功，回到项目目录下就能看见模块目录下新增了一个express目录，然后在项目目录下创建一个hello.js的脚本文件，文件内容如下：

下一步就是启动这个项目，直接运行 node .hello.js

然后在浏览器里输入地址127.0.0.1:8081

这种方式引用模块非常方便。那么我们是不是也可以编写自己的第三方模块上传到npm库给他人使用呢？答案是肯定的！接下再举个栗子给大家说明下，首先在项目根目录下创建一个npmtest文件夹：

在当前目录下创建一个hello.js文件，内容如下：

然后运行npm init 命令，在运行命令之后会要求你输入一些模块打包的描述信息，这些信息最终会生成一个包的描述文件叫package.json

输入所有信息之后会问你"Is this ok?"，输入yes就完成了打包过程。查看文件夹下面会增加一个描述包文件：

然后大家再look下我们生成描述文件的内容：

可以看到这些信息都是刚才输入的内容。包打好了，接下来就是上传到仓库，上传仓库前我们先注册一个账号npm adduser，然后输入用户名、密码还有邮箱地址就可以了。
现在万事具备了，东风来吧，运行npm publish ，就可以把我们包上传了：

注意publish后面有一个点 ”.“。当我们的包上传完成之后，通过调用来做个验证，换个目录下来执行 npm install cloudwise_else_npmtest：

在我们的目录里查看，就知道创建的模块已经引用过来了：

上面我们介绍Node.js的环境搭建，模块安装、引用，以及如何创建和引用自己的模块，并对每一个点都做了相应的示例。
调试工具
现在我们已经能够让项目run起来了，项目运行过程中如果出现异常怎么办，这是程序猿尤为关心的。在我接触的PHP开发者中，他们比较习惯用日志去跟踪，本人是DotNet的忠实粉丝，江湖流传宇宙最强IDE的Visual Studio给DotNet开发者提供了非常强大的调试功能，可以让我们随心所欲的调试，快速准确的定位到Bug。所以日志调试让我很不能接受，如此火热的Node.js肯定也给开发者提供了不错的debug工具。
首先还是用npm来安装，命令如下：
npm install -g node-inspector
启动的时候我们会在中间加一个debug，命令如下：
node debug .hello.js
接下来我们启动调试插件 node-inspector.cmd，此处linux跟windows有点差别，linux下没有后面cmd，然后打开浏览器（当前此插件只支持chrome跟Opera），地址如下：http://127.0.0.1:8080/?port=5858

当我们在代码中打断点的时候，程序就会捕获到断点，然后在这里添加监视，也可以单步执行或者逐过程逐语句，爱怎么玩就怎么玩。说到这里我们对Node.js是什么、能做什么、怎么做有了基本的认识，那么是不是就可以开始coding工作了呢？
完全可以的！有人或许会问，Node.js能做的事情php、java、.net也都能做，为什么要选择Node.js呢，难道单单是因为他不用去搭建Apache、IIS、Tomcat吗？接下来我就根据自己的理解和大家探讨下Node.js能够在最近几年被聚光的缘由。

Node.js运行机制解析

当我们搜索Node.js时，夺眶而出的关键字就是 "单线程，异步I/O，事件驱动"，应用程序的请求过程可以分为俩个部分：CPU运算和I/O读写，CPU计算速度通常远高于磁盘读写速度，这就导致CPU运算已经完成，但是不得不等待磁盘I/O任务完成之后再继续接下来的业务。
所以I/O才是应用程序的瓶颈所在，在I/O密集型业务中，假设请求需要100ms来完成，其中99ms化在I/O上。如果需要优化应用程序，让他能同时处理更多的请求，我们会采用多线程，同时开启100个、1000个线程来提高我们请求处理，当然这也是一种可观的方案。
但是由于一个CPU核心在一个时刻只能做一件事情，操作系统只能通过将CPU切分为时间片的方法，让线程可以较为均匀的使用CPU资源。但操作系统在内核切换线程的同时也要切换线程的上线文，当线程数量过多时，时间将会被消耗在上下文切换中。所以在大并发时，多线程结构还是无法做到强大的伸缩性。
那么是否可以另辟蹊径呢？！我们先来看看单线程，《深入浅出Node》一书提到 "单线程的最大好处，是不用像多线程编程那样处处在意状态的同步问题，这里没有死锁的存在，也没有线程上下文切换所带来的性能上的开销"，那么一个线程一次只能处理一个请求岂不是无稽之谈，先让我们看张图：

Node.js的单线程并不是真正的单线程，只是开启了单个线程进行业务处理（cpu的运算），同时开启了其他线程专门处理I/O。当一个指令到达主线程，主线程发现有I/O之后，直接把这个事件传给I/O线程，不会等待I/O结束后，再去处理下面的业务，而是拿到一个状态后立即往下走，这就是“单线程”、“异步I/O”。

I/O操作完之后呢？Node.js的I/O 处理完之后会有一个回调事件，这个事件会放在一个事件处理队列里头，在进程启动时node会创建一个类似于While(true)的循环，它的每一次轮询都会去查看是否有事件需要处理，是否有事件关联的回调函数需要处理，如果有就处理，然后加入下一个轮询，如果没有就退出进程，这就是所谓的“事件驱动”。

关键字：node.js

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