深入出不来nodejs源码-流程总览

2018-06-24 02:16:15来源：未知阅读 ()

　　花了差不多两周时间过了下primer C++5th，完成了《C++从入门到精通》。（手动滑稽）

　　这两天看了下node源码的一些入口方法，其实还是比较懵逼的，语法倒不是难点，主要是大量的宏造成直接阅读上的不方便。

　　有些宏感觉真是一点鸟用都没有，比如说：

#define LIKELY(expr) expr
#define UNLIKELY(expr) expr
#define PRETTY_FUNCTION_NAME ""

　　这玩意翻译成JS大概就是：

const LIKELY = (expr) => expr;

　　JS中有些情况确实是需要这么一个函数，比如vue组件中的data，主要是为了防止复杂类型的引用问题。但是在C++我就不明白了，深拷贝简直不要太简单，可能这里为了强行语义化吧。

　　不过好在源码的规范超级棒，比如说：

1、内置常量宏都是全大写多单词下划线连接：FILE_TYPE_UNKNOWN代表无法识别的文件类型，对应16进制数字0x0000

2、函数名基本上能猜到用处：IsWindow7OrGreater函数判断操作系统是不是win7版本以上

3、注释随处可见

4、代码结构划分非常清晰，部分看不懂(或者不想看)的可以直接跳过，不影响后续内容理解

　　另外IDE也好使，直接帮我把LINUX系统的兼容代码直接置灰了，跳转大部分情况也很好用。

　　本来打算从简单一点的API来讲，比如说require方法是如何运作的，但是这东西过于简单，百度一搜一大把，已经是被人写烂的内容，所以不打算开这个坑(更重要的是那玩意是JS，如何对得起我学了两周C++)。

　　因此我决定开一个目录坑，总览一下node从启动到运行，哪些部分我能看懂，理一理。

正文开始

　　声明：本文目前基于node-v10.1.0，未来如有更改会说明。代码来源于官网下载的源码压缩包，详情见上一篇文章。

　　首先上个图瞧一眼大概的流程：

　　是不是很少很简单？对啊，因为我只能看懂这么多……

　　开始吹。

　　首先每个C++项目都有一个启动项目，每个项目里有一个主函数，当初我以为只能叫main，后来发现wmain也是OK的。

　　而在node中，wmain是windows系统的主函数，main是LINUX系统的主函数。区分系统的关键在于一个特定的宏，windows是_WIN32，这个宏会被自动定义，相关源码如下：

#ifdef _WIN32
int wmain(int argc, wchar_t *wargv[]) {
    // ...
    return node::Start(argc, argv);
}
#else
// UNIX
#ifdef __linux__
int main(int argc, char *argv[]) {
    // ...
}

　　这里就不扯什么头文件了，主函数会调用node模块的Start方法，node模块文件名是node.cc，相当于项目的主文件，从这里开始，也从这里结束。

　　从上面可以看到，这个函数有三大步(能看懂的)，非常简单粗暴，一个一个讲。

Init

　　这个函数相关源码如下：

void Init(int* argc,
    const char** argv,
    int* exec_argc,
    const char*** exec_argv) {
    // Initialize prog_start_time to get relative uptime.
    prog_start_time = static_cast<double>(uv_now(uv_default_loop()));
    // 加载内置模块
    RegisterBuiltinModules();
    // Make inherited handles noninheritable.
    uv_disable_stdio_inheritance();

    // 后面还有很多代码 但是我看不懂 流下了没技术的眼泪……
}

　　需要关注的只要那个RegisterBuiltinModules方法，从名字也可以看出来，就是加载内置模块，描述有误，下一节修正。

　　这个函数的定义也很奇妙，简直就是宏函数，如下：

void RegisterBuiltinModules() {
#define V(modname) _register_##modname();
  NODE_BUILTIN_MODULES(V)
#undef V
}

　　函数的声明相信学JS的也能看懂是什么，主要是函数内容很奇怪，竟然是一个宏定义。

　　用JS翻译一下那个宏，意思大概就是：

// C++：#define V(modname) _register_##modname();
const V = (modname) => `_register_${modname}`();

　　当然，这个鸟代码是不可能执行的，只是为了方便理解。

　　打个比方就能明白了，假如我调用了V(a)，那么在执行的时候，实际上调用的是_register_a这个方法，双警号只是一个字符串拼接。

　　好，解决了宏问题，可以看下这个NODE_BUILTIN_MODULES是什么函数了。然而，这也是一个宏，内容如下：

#define NODE_BUILTIN_MODULES(V)                                               \
  NODE_BUILTIN_STANDARD_MODULES(V)                                            \
  NODE_BUILTIN_OPENSSL_MODULES(V)                                             \
  NODE_BUILTIN_ICU_MODULES(V)

　　看到这闪亮亮的格式，应该可以猜到，这三个东西还是宏！！！

　　好在宏不过三代，随便点一个跳转就会发现，实际上这些宏都是为了调用具体的模块加载方法，比如：

#define NODE_BUILTIN_STANDARD_MODULES(V)                                      \
    V(async_wrap)                                                             \
    V(buffer)                                                                 \
// 还有很多比如fs、url等

　　这样把最初的函数简单转换一下，大概就是：

void RegisterBuiltinModules() {
    _register_async_wrap();
    _register_buffer();
    // 等等
}

　　至于这些方法的内容是什么？地点在哪？我还没找到。

Start

　　V8引擎的加载就先忽略，触及到我的知识盲区。最后看一下那个内联Start函数，这个方法主要完成三件事：

1、初始化并加载全局变量global

2、加载辅助工具

3、事件轮询

　　其中1、2两个都是在同一个函数中执行的，即LoadEnviroment，上一些关键的源码证明下：

void LoadEnvironment(Environment* env) {
    // ...

    Local<String> loaders_name =
        FIXED_ONE_BYTE_STRING(env->isolate(), "internal/bootstrap/loaders.js");
    Local<Function> loaders_bootstrapper =
        GetBootstrapper(env, LoadersBootstrapperSource(env), loaders_name);
    // 还有"internal/bootstrap/node.js"

    // 生成全局global对象的引用
    Local<Object> global = env->context()->Global();

    // ...

    // 设置全局对象
    global->Set(FIXED_ONE_BYTE_STRING(env->isolate(), "global"), global);

    // ...

    // 生成函数参数
    Local<Value> loaders_bootstrapper_args[] = {
        env->process_object(),
        get_binding_fn,
        get_linked_binding_fn,
        get_internal_binding_fn
    };

    // 加载辅助函数
    Local<Value> bootstrapped_loaders;
    if (!ExecuteBootstrapper(env, loaders_bootstrapper,
        arraysize(loaders_bootstrapper_args),
        loaders_bootstrapper_args,
        &bootstrapped_loaders)) {
        return;
    }

    // 加载Bootstrap Node.js
}

　　这里通过Environment类生成了global对象，然后挂载到全局。

　　辅助函数则是加载了internal/bootstrap中的两个JS文件，加载的时候参数传入了C++代码生成的特殊对象，配合对应的JS源文件就很好理解：

'use strict';
// internal/bootstrap/loader.js
(function bootstrapInternalLoaders(process, getBinding, getLinkedBinding,getInternalBinding) {
    // ...模块内容
});

　　这个JS文件内容看起来只是一个函数定义，但是实际上在启动后已经执行完了，四个参数是通过上述C++代码注入的，依次对应上面的4个东西。

　　这里有一个小地方稍微讲讲吧，如果在启动时已经执行完了，那么看一下下面的代码：

// internal/bootstrap/loader.js
const { NativeModule } = require('internal/bootstrap/loaders');

　　这是node中调用require方法的入口JS文件，理论上引入的应该是上面那个函数，不可能得到NativeModule对象的。

　　不过node的require并不像webpack那么简单粗暴，readFile + parse直接得到文件输出对象，而是区分了内部模块与外部模块。对于内部模块，有一套新的逻辑，相关代码如下：

// require => _load
// 判断传入的字符串是否是内部模块名
if (NativeModule.nonInternalExists(filename)) {
    debug('load native module %s', request);
    // 调用另一套逻辑代码
    return NativeModule.require(filename);
}

　　而NativeModule就是一开始加载过的辅助工具JS，涉及到的代码如下：

const loaderExports = { internalBinding, NativeModule };
const loaderId = 'internal/bootstrap/loaders';
NativeModule.require = function(id) {
    // Do not expose this to user land even with --expose-internals
    // 对此require进行特殊处理
    if (id === loaderId) {
        return loaderExports;
    }
    // ...
}

　　可以看到在require的地方做了特殊处理，会直接返回指定的对象，至于这两个对象是什么，后面再慢慢讲吧。

　　值得注意的是那个注释，这个字符串十分特殊，node并不希望用户获取该模块，因为得到的对象拥有直接调用底层C++代码的能力，十分危险。

　　完成准备工作后，就开始了事件轮询跑进程，相关代码如下：

{
  SealHandleScope seal(isolate);
  // 循环控制参数
  bool more;
  // 标记事件轮询开始
  env.performance_state()->Mark(
      node::performance::NODE_PERFORMANCE_MILESTONE_LOOP_START);
  // 开始event_loop
  do {
      uv_run(env.event_loop(), UV_RUN_DEFAULT);
      v8_platform.DrainVMTasks(isolate);
      more = uv_loop_alive(env.event_loop());
      if (more)
          continue;
      RunBeforeExit(&env);
      // Emit `beforeExit` if the loop became alive either after emitting
      // event, or after running some callbacks.
      more = uv_loop_alive(env.event_loop());
  } while (more == true);
  // 标记事件轮询结束
  env.performance_state()->Mark(
      node::performance::NODE_PERFORMANCE_MILESTONE_LOOP_EXIT);
}