Node.js 是如何工作的

　　Node.js或Node是JavaScript的运行时(runtime), 也就是说给Node一段JavaScript 代码，它就能运行。比如：index.js中写如下代码，

const obj = {
    sum(a, b) {
        return a + b;
    }
}

obj.sum(2, 3);

　　node index.js，它就顺利执行，虽然没有什么结果。那Node是如何做到的? 首先看一下，如果能够执行这段JavaScript 代码，都需要什么？

　　　　1，需要编译或解释，因为JavaScript 是高级语言，计算机根本不认识，需要编译或解释成计算机能认识的机器语言。

　　　　2，要认提供数据类型和操作符，比如数据类型，对象和函数，还有+等操作符，这样在程序中才能使用。

　　　　3，在栈内存来分配变量，如a, b, 还要通过call stack来管理函数的执行。

　　　　4，在堆内存来创建和管理对象，如obj，最好提供垃圾回收机制。

　　突然发现，浏览器中的JavaScript引擎就是做这些事情的，那能不能把浏览器引擎集成到Node中？可以。Chrome的V8 就很好集成，因为V8引擎是一个用C++写的开源项目，它可以嵌入或集成到任何的C++项目中，只要你的C++ 项目包含V8 作为依赖库，你就能用V8的API 来编译和运行JavaScript 代码。只要Node中集成V8引擎，它就能编译和运行JavaScript 代码。

　　编译和运行JavaScript代码的问题解决了，但这时，你也发现了一个问题，怎么输出程序的计算结果呢？V8中，或JavaScript 中并没有提供输入输出的方法，没有办法和外界进行交互？JavaScript并没有操作计算机底层的能力，那就只能用另外一种语言实现，C++. 那就用JavaScript来调用C++，容易实现吗？也可以，V8可以暴露C++的代码给JavaScript, 从而可以使用JavaScript来调用C++的方法。这是通过V8 template 实现的。只要JavaScript能调用C++的代码，那就能实现JavaScript不能提供的功能，比如，文件读写，网络编程。Node 中提供了一个process 全局对象，它有一个stdout属性，stdout 有一个方法，可以输出内容

const obj = {
    sum(a, b) {
        return a + b;
    }
}

const result = obj.sum(2, 3);
process.stdout.write(result.toString());

　　文件读写和网络编程呢？那就用到了另外一个库 --- libuv, 它也是用C++ 写的，所以JavaScript 可以调用它的方法来实现文件读写和网络编程等。但它是一个异步的，事件驱动的I/O 库。那就说到Node的异步编程。

　　那异步代码怎么处理呢？可能你已经想到了，事件循环和事件队列，浏览器中也是这样实现的。

setTimeout(function() {
    const foo = 2 + 2;
    console.log("Hello World!");
}, 1000);

　　当V8 编译和运行JavaScript代码的时候，同步代码执行完毕，它就启动事件循环，来轮询事件队列中的事件，如果有事件，它就放V8的call stack 中，V8 就会执行代码。事件循环，只是一个循环，它只循环事件队列中，有没有可以执行的事件，如果有，它就放到V8 call back中，然后V8 执行代码。事件循环不会执行代码。比如上面这段代码，1s 过后，Node就把回调函数放到事件队列中，事件循环轮询到有一个可以执行的事件(就是回调函数)，把它拿出来，给到V8, V8 就可以执行函数，分配变量，执行完毕后，垃圾回收。

　　文件的读写也是同样的道理

const fs = require('fs');
const obj = {
    sum(a, b) {
        return a + b;
    }
}
const result = obj.sum(2, 3);
fs.writeFile("result.txt", result, (err) => {
    if (err)  console.log(err);
    else {
        console.log("File written successfully");
    }
});

　　文件写入成功，回调函数放到事件队列中，事件循环把它拿出来给V8，进行执行。

　　如果深究Node的事件循环，那就有点复杂了。由于Node非常多的异步事件，它们到底怎么执行，执行顺序是什么，就要进行规定。所以Node并没有使用V8的默认事件循环，而是使用Libuv的事件循环，重写它的事件循环。由于V8的事件循环设计是插拔式的设计，所以很容易进行重新。

Environment* CreateEnvironment(Isolate* isolate, uv_loop_t* loop, Handle<Context> context, int argc, const char* const* argv, int exec_argc, const char* const* exec_argv) {
  HandleScope handle_scope(isolate);

  Context::Scope context_scope(context);
  Environment* env = Environment::New(context, loop);

  isolate->SetAutorunMicrotasks(false);

  uv_check_init(env->event_loop(), env->immediate_check_handle());
  uv_unref(reinterpret_cast<uv_handle_t*>(env->immediate_check_handle()));
  uv_idle_init(env->event_loop(), env->immediate_idle_handle());
  uv_prepare_init(env->event_loop(), env->idle_prepare_handle());
  uv_check_init(env->event_loop(), env->idle_check_handle());
  uv_unref(reinterpret_cast<uv_handle_t*>(env->idle_prepare_handle()));
  uv_unref(reinterpret_cast<uv_handle_t*>(env->idle_check_handle()));

  // Register handle cleanups
  env->RegisterHandleCleanup(reinterpret_cast<uv_handle_t*>(env->immediate_check_handle()), HandleCleanup, nullptr);
  env->RegisterHandleCleanup(reinterpret_cast<uv_handle_t*>(env->immediate_idle_handle()), HandleCleanup, nullptr);
  env->RegisterHandleCleanup(reinterpret_cast<uv_handle_t*>(env->idle_prepare_handle()), HandleCleanup, nullptr);
  env->RegisterHandleCleanup(reinterpret_cast<uv_handle_t*>(env->idle_check_handle()), HandleCleanup, nullptr);

  if (v8_is_profiling) {
    StartProfilerIdleNotifier(env);
  }

  Local<FunctionTemplate> process_template = FunctionTemplate::New(isolate);
  process_template->SetClassName(FIXED_ONE_BYTE_STRING(isolate, "process"));

  Local<Object> process_object = process_template->GetFunction()->NewInstance();
  env->set_process_object(process_object);

  SetupProcessObject(env, argc, argv, exec_argc, exec_argv);
  LoadAsyncWrapperInfo(env);

  return env;
}

　　CreateEnvironment 方法接受一个loop 作为参数，我们就可以把libuv的event loop 作为参数传递进来，V8 中有一个方法Environment::New，可以调用它来创建 V8 运行环境，它接受libuv 的event loop 作为参数，那么V8环境创建成功，它里面运行的事件循环，就是libuv的事件循环，成功的重写了V8 的事件循环。只有V8引擎中运行着事件循环，libuv中并不运行事件循环，它只是用代码实现了一个事件循环。