node简介

node是一个基于事件驱动来实现非阻塞I/O的服务器。 node结构和chrome十分相似，它们都是基于事件驱动的异步架构，浏览器通过事件驱动来进行页面交互、Node通过事件驱动来服务I/O。

node应用场景

因为node是异步I/O，所以处理I/O密集型的任务是毋庸置疑的（I/O密集型任务包括文件操作、网络通信等），node利用事件循环的处理能力，而不是启动每一个线程为每一个请求服务，资源占用极少。而cpu密集型的计算任务主要得益于V8引擎的深度优化。

node为什么会是单线程？

单线程最大的好处是不用像多线程编程那样处处在意状态同步问题，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开销。

单线程所带来的缺点？

• 无法利用多核cpu
• 错误会引起整个应用退出，应用的健壮性值得考验
• 大量计算占用CPU导致无法继续调用异步I/O

像浏览器端js与UI公用一个线程一样，node端cpu长时间占用也会导致后续的异步I/O无法调用，已完成的异步I/O函数也会得不到及时执行。
后来node出现了子进程child_process，遇到大量计算性的任务，可以将计算分解到各个子进程，然后通过进程间的通信来传递结果。

异步I/O

异步I/O与非阻塞I/O

异步与非阻塞听起来像是一回事，就实际效果而言，异步与非阻塞都能打到并行的目的。但是从计算机内核而言，同步/异步和阻塞/非阻塞实际上是两回事。
操作系统对于I/O只有两种方式，阻塞和非阻塞。 阻塞I/O造成CPU等待I/O，浪费时间等待，CPU的处理能力得不到充分利用。 非阻塞I/O返回之后，CPU可以处理其他事务，但是由于此时的I/O并没有完成，获取的数据并不是我们希望的数据，为了获取完整的数据，应用程序需要重复调用I/O来确认是否完成，这种重复调用判断的技术叫做轮询。

node中的异步I/O——事件循环

在node进程启动时，会有一个类似于while(true)的循环，每执行一次循环体的过程我们称之为tick。每个tick的过程就是检查是否有事件需要处理，如果有，就取出事件及其相关的回调函数。如果存在相关的回调函数，就执行它们。然后进入下个循环，如果不再有事件处理，就退出进程。

node中的异步I/O——观察者

在每个tick的过程中，每个事件循环有一个或多个观察者，而判断是否有事件要处理就的过程就是向这些观察者询问。在Node中，事件主要来自于网络请求、文件操作等，这些事件对应的观察者有网络观察者、文件I/O观察者等，观察者将事件进行了分类。

nodejs中的异步I/O是如何实现的？（与浏览器中的异步有什么不同

nodejs中的异步I/O有I/O线程池的参与。node启动时，同时会有一个事件循环启动，事件循环中有一个I/O观察者，观察是否有I/O调用结束。node中发起一个异步I/O操作时，会先封装一个请求对象，将I/O操作的参数和回调函数封装进这个对象中，然后将这个对象传递给I/O线程池，I/O线程池收到对象，会先判断线程是否可用，若是可用，执行对象中的I/O操作，将执行完的结果也放入请求对象中，然后通知I/O观察者调用完成，此时线程池回归可用状态。I/O观察者能拿到请求对象，取出请求对象中的回到函数和执行结果，执行回调函数。此时一个异步I/O操作完成。

非I/O的异步API

在node中还存在与I/O无关的API，它们分别是setTimeout、setInterval、setImmediate、process.nextTick以及setImmediate。
setTimeout和setInterval与浏览器中一致，但与异步I/O相比较就是没有I/O线程池的参与。每次setTimeout和setInterval创建的定时器会被插入到定时器观察者内部的一个红黑树中，每次Tick执行时，会从该红黑树中取出定时器对象，检查是否超过定时时间，如果超过，就形成了一个事件，回调函数立即执行。
每次调用process.nextTick()方法，只会将回调函数放入队列中去，在下一轮Tick时取出执行。与setTimeout和setInterval相比，process.nextTick()性能更高效，因为定时器需要动用红黑树、创建定时器对象和迭代等操作。
setImmediate与process.nextTick()十分类似，都是讲回调函数延迟执行，但是也有一些细微的差别。process.nextTick()中回调函数优先级要高于setImmediate。原因在于事件循环对于观察者的检查是有先后顺序的。process.nextTick()属于idle观察者，setImmediate属于check观察者。在每一轮循环检查中，idle观察者要先于I/O观察者，I/O观察者先于check观察者。process.nextTick()的回调函数保存在一个数组中，setImmediate的回调函数保存在链表中。process.nextTick()每轮循环会把数组中的回调函数全部执行完，setImmediate每轮循环中执行链表中的一个回调函数。

模块机制Commonjs

模块定义

上下文中提供·require方法来引入外部模块，提供exports对象用来导出方法或者变量，并且是唯一到出口。在模块中，还有一个module对象，代表模块自身，exports就是module的一个属性。一个文件就是一个模块。
node中模块分为两类，一类是node提供的模块，称为核心模块。另一类是用户编写的模块，称为文件模块。

模块定义的意义

将类聚的方法或变量等限定在私有的作用域中，同时支持引入和导出功能以顺畅的连接上下游依赖。Commonjs这套导出出入机制使得用户完全不必考虑变量污染

引入模块经历的步骤

1. 路径分析
2. 文件定位
3. 编译执行

• 核心模块在node源代码的编译过程中，编译进了二进制执行文件。在node进程启动时，核心模块就被直接加载进内存，所以文件定位和编译执行这两步直接省略，并且路径分析中优先判断，所以加载速度最快。
• 文件模块在运行时动态加载，需要走完成的三个流程，所以加载速度要慢一些。

浏览器会缓存静态文件脚本以提高性能、而node会缓存编译后的对象以提高性能。
不论是核心模块还是文件模块，require()引入时对相同模块都是先从缓存中加载，这是第一优先级的，只不过核心模块的缓存检查先于文件模块。
从缓存中加载的优化策略可以使二次引入时不需要路径分析、文件定位和编译执行，大大提高效率。

模块编译

1. .js文件 通过fs模块同步读取文件然后编译执行
2. .node文件 这时通过c/c++编写的扩展文件，通过dlopen()加载然后编译生成的文件
3. .json文件 通过fs模块同步读取文件后，用JSON.parse解析返回的结果。

javascript模块的编译

在编译js的过程中，Node对获取的js文件内容进行头尾包装。也就是将原本的js代码用一个函数包装了起来。

(function(exports,require,module,__filename,__dirname){
    var Math = require('math');
    exports.area = function(radius){
        return Math.PI*radius
    }
});

内存控制

垃圾回收机制

V8对象分为新生代对象（存活时间比较短）和老生代对象（存活时间比较长）。
新生代对象采用复制移动的方式实现垃圾回收，新生代内存的空间分为两个部分，一个是From空间，另一个是to空间。进行对象分配时，先在From空间进行分配，当进行垃圾回收时，会将存活对象复制到To空间，然后将From所有对象清空，在将To空间的对象复制到From空间，最后清空To空间。
在进行新生代内存垃圾回收时，会检查对象是否已经经历过一次垃圾回收，若是，会将这个对象升级为老生代对象。同时，也会检查To空间内存使用是否超过25%，若是，会将剩余的对象设置为老生代对象。
老生代对象采用标记清除法，在标记阶段遍历所有堆中的对象，并标记活着的对象，在随后的清楚阶段，只清除没有被标记的对象。
标记清除法有一个问题就是进行过一轮垃圾回收后，内存空间会是不连续的状态，这种内存碎片会对后续内存分配造成问题，所有出现了标记整理法，在回收阶段将活着的对象往一端移动，移动完成直接清理掉边界内存。