NodeJS初探
Nodejs官网的定义：Node.js是一个基于Chrome V8引擎的javascript运行环境。Node.js使用了一个事件驱动、非阻塞式I/O的模型，使其轻量又高效。
简单来说：Node.js不是一门语言也不是框架，它只是基于Google V8引擎的JavaScript运行时环境，结合了Libuv扩展了JavaScript功能，使其能够支持IO、fs等特性，使得JavaScript能够同时具有操作DOM和IO的能力，是目前最简单的全栈式语言。
Node.js可用于多个领域的开发例如：
- 客户端应用程序（nw.js/electorn）
- 后端（webapi、koa）
- 工具（glup,webpack等构建工具）
- 物联网、硬件（ruff）
Node.js基础
Node.js是基于Chrome V8引擎构建的，由事件循环（Event Loop）分发I/O任务，最终工作线程（Work Thread）将任务丢到线程池（Thread Pool）里面去执行，而事件循环只要等待执行结果就可以了，如下是Node.js早起的架构图。
- Node.js Bindings 层将Chrome V8等暴露的C/C++接口转成JavaScript Api，并且结合这些Api编写了Node.js标准库，所有这些API统称为Node.js SDK。
- V8层是Google发布的开源JavaScript引擎，主要是将JS代码编译成原生机器码。
- Thread Pool层：专门用来执行任务，执行完成后，将结果返回给EventLoop层。
- EventLoop层：事件循环层，在代码执行时，首先由Event Loop来接受处理，而真正执行操作的是具体的线程池（Thread Pool）里的I/O任务，之所以说Node.js是单线程，就是因为在接受任务的时候是单线程的，它无需进程/线程切换上下文的成本，非常高效，但它的执行具体任务的时候是多线程的。
提示
Event Loop事件循环，Thread Pool线程池都是由Libuv提供，Libuv是整个Node.js运行的核心。
异步编程
异步编程是Node.js的一大特色，掌握好Nodejs的异步编程是每个Node.js开发者必备的技能。
异步I/O的好处
- 前端通过异步IO可以消除阻塞
- 请求耗时少
- IO是昂贵的额
- Node.js更适合IO密集型，而不适用于CPU密集型
- 并不是所有场景都用异步任务好，遵循一个公式： s= (Ws+Wp)/(Ws+Wp/p) Ws 表示同步任务，Wp 表示异步任务，p 表示处理器的数量。
Node.js对异步I/O的实现
如下是Node.js异步I/O实现图：
- 应用程序现将JS代码经V8转换为机器码
- 通过Node.js Bindings层，向操作系统Libuv的事件队列中添加一个任务
- Libuv将事件推送到线程池中执行
- Libuv将返回结果通过Node.js Bindings返回给V8
- V8再将结果返回给应用程序
Libuv实现了Node.js中的Event Loop，主要有以下几个阶段：
┌───────────────────────────┐
┌─>│ timers │
│ └─────────────┬─────────────┘
│ ┌─────────────┴─────────────┐
│ │ pending callbacks │
│ └─────────────┬─────────────┘
│ ┌─────────────┴─────────────┐
│ │ idle, prepare │
│ └─────────────┬─────────────┘ ┌───────────────┐
│ ┌─────────────┴─────────────┐ │ incoming: │
│ │ poll │<─────┤ connections, │
│ └─────────────┬─────────────┘ │ data, etc. │
│ ┌─────────────┴─────────────┐ └───────────────┘
│ │ check │
│ └─────────────┬─────────────┘
│ ┌─────────────┴─────────────┐
└──┤ close callbacks │
└───────────────────────────┘
上图中每一个阶段都有一个先进先出的回调队列，只有当队列内的事件执行完成之后，才会进入下一个阶段。
- timers：执行
setTimeout和setInterval中到期的callback - pending callbacks：上一轮循环中有少数的I/O callback会被延迟到这一轮的这一阶段执行。
- 执行一些系统操作的回调，例如tac连接发生错误
- idle、prepare：仅内部使用
- poll：为最重要的阶段，执行I/O callback（node 异步api的回调，事件订阅回调等），在适当的条件下会阻塞在这个阶段。
- 如果poll队列不为空，直接执行队列内的事件，直到队列清空。
- 如果poll队列为空
- 如果有设置setImmediate，则直接进入到check阶段
- 如果没有设置setImmediate，则会检查是否有timers事件到期。
- 如果有timers事件到期，则执行timers阶段
- 如果没有timers事件到期，则会阻塞在当前阶段，等待事件加入
- check：执行
setImmediate的callback - close callbacks：执行close事件的callback，例如socket.on("close", func)
除此之外，Node.js提供了process.nextTick(微任务，promise也一样)方法，在以上的任意阶段开始执行的时候都会触发
小知识
- Event Loop是一种很重要的概念，指的是计算机系统的一种运行机制
- Libuv在Linux下基于Custom Threadpool实现
- Libuv在Windows下基于IOCP实现
常用的异步I/O使用方式
- 使用step，q，async等异步控制库。
- 使用Promise处理异常
- 使用EventEmitter，实现“发布/订阅”模式处理异步
- Node.js暂不支持协程，可使用Generator代替
- 终极解决方案：async、await
Node.js内存管理
Node.js是单线程的，所以必须保证这个线程持续稳定，最容易导致Node.js应用程序挂掉的因素是内存泄露。常见的内存泄露：
- 无限增长的数组。
- 无限制设置对象的属性和值。
- 任何模块的私有变量都是永驻的。
- 大循环，无 GC 机会。
- 队列消费不及时。
- 全局变量太多
Node.js 采用 V8 的 分代式垃圾回收策略，将内存分为新生代内存和老生代内存。
- 新生代内存通过Scavenge算法，将内存分位Foem空间和To空间，初始时Form空间存放所有对象，To空间空闲。在一次垃圾回收时，清除Form空间中没有使用的对象，将To空间和Form空间交换
- 老生代内存通过Mark-Sweep和Mark-compact，标记清除和移动清除。标记没有使用的内存空间，标记完毕后进行统一清除，清楚后为了避免内存空间不连续，会将已使用的内存连在一起，放在队列的一端，然后清除另一端的所有内存空间。
Node.js调试与部署
由于Node.js单线程的原因，所以Node.js的调试和部署特别重要，因为一旦出错，整个应用程序就挂了。
Node.js调试
- node --inspect app.js
- 打开浏览器进行调试：chrome://inspect/#devices
- 使用vscode自带的调试
Node.js部署
Node.js端一般不会直接当成项目后端来使用，而是当成BFF层来使用，如下是Node.js项目架构图：
- 用户请求Node.js服务器
- 经过LVS传输层负载均衡
- 经过Nginx服务器，反向代理，负载均衡到多个PM2运行的机器上。
- PM2守护进程，保证Node.js进程永远活着，Node.js挂掉后自动0秒重载。
- 配置Varnish、Squid，实现服务器HTTP缓存
- Node.js作为Web服务层，会将请求转发微Java服务器。
- 配置心跳检测Heartbeats，检测Java端是否挂掉。
- Java服务器根据请求，做相应的业务处理，可能会对数据库进行读写操作。
- 服务或写入Database
- 只读数据库
- 只写数据库
- Java服务器将数据库访问结果返回给Node.js层。
- Node.js层将结果返回给用户。
Node.js web端应用程序部署流程
- 单元测试
- 压力测试、性能分析工具
- 提前发现内存泄露问题
- 根据压力测试，准确计算QPS，推算出服务器性能。
- 静态资源上传到CND
- 配置Nginx实现负载均衡和反向代理
- 开启PM2守护进程，小流量灰度上限。
剩下的工作交给运维和后端去完成，例如：配置Web服务器缓存Varnish、心跳检测等。