概述

相信很多的人，每天在終端不止一遍的執行著node這條命令，對于很多人來說，它就像一個黑盒，并不知道背后到底發生了什么，本文將會為大家揭開這個神秘的面紗，由于本人水平有限，所以只是講一個大概其，主要關注的過程就是node模塊的初始化，event loop和v8的部分基本沒有深入，這些部分可以關注一下我以后的文章。（提示本文非常的長，希望大家不要看煩~） 本文node基于10.5.0

node是什么？

這個問題很多人都會回答就是v8 + libuv，但是除了這個兩個庫以外node還依賴許多優秀的開源庫，可以通過process.versions來看一下：

• http_parser主要用于解析http數據包的模塊，在這個庫的作者也是ry，一個純c的庫，無任何依賴
• v8這個大家就非常熟悉了，一個優秀的js引擎
• uv這個就是ry實現的libuv，其封裝了libev和IOCP，實現了跨平臺，node中的i/o就是它，盡管js是單線程的，但是libuv并不是，其有一個線程池來處理這些i/o操作。
• zlib主要來處理壓縮操作，諸如熟悉的gzip操作
• ares是c-ares，這個庫主要用于解析dns，其也是異步的
• modules就是node的模塊系統，其遵循的規范為commonjs，不過node也支持了ES模塊，不過需要加上參數并且文件名后綴需要為mjs，通過源碼看，node將ES模塊的名稱作為了一種url來看待，具體可以參見這里
• nghttp2如其名字一樣，是一個http2的庫
• napi是在node8出現，node10穩定下來的，可以給編寫node原生模塊更好的體驗（終于不用在依賴于nan，每次更換node版本還要重新編譯一次了）
• openssl非常著名的庫，tls模塊依賴于這個庫，當然還包括https
• icu就是small-icu，主要用于解決跨平臺的編碼問題，versions對象中的unicode，cldr，tz也源自icu，這個的定義可以參見這里

從這里可以看出的是process對象在node中非常的重要，個人的理解，其實node與瀏覽器端最主要的區別，就在于這個process對象

注：node只是用v8來進行js的解析，所以不一定非要依賴v8，也可以用其他的引擎來代替，比如利用微軟的ChakraCore，對應的node倉庫

node初始化

經過上面的一通分析，對node的所有依賴有了一定的了解，下面來進入正題，看一下node的初始化過程：

挖坑

node_main.cc為入口文件，可以看到的是除了調用了node::Start之外，還做了兩件事情：

NODE_SHARED_MODE忽略SIGPIPE信號

SIGPIPE信號出現的情況一般在socket收到RST packet之后，扔向這個socket寫數據時產生，簡單來說就是client想server發請求，但是這時候client已經掛掉，這時候就會產生SIGPIPE信號，產生這個信號會使server端掛掉，其實node::PlatformInit中也做了這種操作，不過只是針對non-shared lib build

改變緩沖行為

stdout的默認緩沖行為為_IOLBF（行緩沖），但是對于這種來說交互性會非常的差，所以將其改為_IONBF（不緩沖）

探索

node.cc文件中總共有三個Start函數，先從node_main.cc中掉的這個Start函數開始看：

int Start(int argc, char** argv) {// 退出之前終止libuv的終端行為,為正常退出的情況atexit([] () { uv_tty_reset_mode(); });// 針對平臺進行初始化PlatformInit();// ...Init(&argc, const_cast<const char**>(argv), &exec_argc, &exec_argv);// ...v8_platform.Initialize(v8_thread_pool_size);// 熟悉的v8初始化函數V8::Initialize();// ..const int exit_code =Start(uv_default_loop(), argc, argv, exec_argc, exec_argv); } 復制代碼

上面函數只保留了一些關鍵不走，先來看看PlatformInit

PlatfromInit

unix中將一切都看作文件，進程啟動時會默認打開三個i/o設備文件，也就是stdin stdout stderr，默認會分配0 1 2三個描述符出去，對應的文件描述符常量為STDIN_FILENO STDOUT_FILENO STDERR_FILENO，而windows中沒有文件描述符的這個概念，對應的是句柄，PlatformInit首先是檢查是否將這個三個文件描述符已經分配出去，若沒有，則利用open("/dev/null", O_RDWR)分配出去，對于windows做了同樣的操作，分配句柄出去，而且windows只做了這一個操作；對于unix來說還會針對SIGINT（用戶調用Ctrl-C時發出）和SIGTERM（SIGTERM與SIGKILL類似,但是不同的是該信號可以被阻塞和處理,要求程序自己退出）信號來做一些特殊處理，這個處理與正常退出時一樣；另一個重要的事情就是下面這段代碼：

struct rlimit lim;// soft limit 不等于 hard limit, 意味著可以增加if (getrlimit(RLIMIT_NOFILE, &lim) == 0 && lim.rlim_cur != lim.rlim_max) {// Do a binary search for the limit.rlim_t min = lim.rlim_cur;rlim_t max = 1 << 20;// But if there's a defined upper bound, don't search, just set it.if (lim.rlim_max != RLIM_INFINITY) {min = lim.rlim_max;max = lim.rlim_max;}do {lim.rlim_cur = min + (max - min) / 2;// 對于mac來說 hard limit 為unlimited// 但是內核有限制最大的文件描述符,超過這個限制則設置失敗if (setrlimit(RLIMIT_NOFILE, &lim)) {max = lim.rlim_cur;} else {min = lim.rlim_cur;}} while (min + 1 < max);} 復制代碼

這個件事情也就是提高一個進程允許打開的最大文件描述符，但是在mac上非常的奇怪，執行ulimit -H -n得到hard limit是unlimited，所以我認為mac上的最大文件描述符會被設置為1 << 20，但是最后經過實驗發現最大只能為24576，非常的詭異，最后經過一頓搜索，查到了原來mac的內核對能打開的文件描述符也有限制，可以用sysctl -A | grep kern.maxfiles進行查看，果然這個數字就是24576

Init

Init函數調用了RegisterBuiltinModules：

// node.cc void RegisterBuiltinModules() { #define V(modname) _register_##modname();NODE_BUILTIN_MODULES(V) #undef V }// node_internals.h #define NODE_BUILTIN_MODULES(V) NODE_BUILTIN_STANDARD_MODULES(V) NODE_BUILTIN_OPENSSL_MODULES(V) NODE_BUILTIN_ICU_MODULES(V) 復制代碼

從名字也可以看出上面的過程是進行c++模塊的初始化，node利用了一些宏定義的方式，主要關注NODE_BUILTIN_STANDARD_MODULES這個宏：

#define NODE_BUILTIN_STANDARD_MODULES(V)V(async_wrap) V(buffer)... 復制代碼

結合上面的定義，可以得出編譯后的代碼大概為：

void RegisterBuiltinModules() {_register_async_wrap();_register_buffer(); } 復制代碼

而這些_register又是從哪里來的呢？以buffer來說，對應c++文件為src/node_buffer.cc，來看這個文件的最后一行，第二個參數是模塊的初始化函數：

NODE_BUILTIN_MODULE_CONTEXT_AWARE(buffer, node::Buffer::Initialize) 復制代碼

這個宏存在于node_internals.h中：

#define NODE_MODULE_CONTEXT_AWARE_CPP(modname, regfunc, priv, flags)static node::node_module _module = {NODE_MODULE_VERSION, flags, nullptr, __FILE__, nullptr, (node::addon_context_register_func) (regfunc),// 暴露給js使用的模塊的初始化函數NODE_STRINGIFY(modname), priv, nullptr }; void _register_ ## modname() { node_module_register(&_module); }#define NODE_BUILTIN_MODULE_CONTEXT_AWARE(modname, regfunc) NODE_MODULE_CONTEXT_AWARE_CPP(modname, regfunc, nullptr, NM_F_BUILTIN) 復制代碼

發現調用的_register_buffer實質上調用的是node_module_register(&_module)，每一個c++模塊對應的為一個node_module結構體，再來看看node_module_register發生了什么：

extern "C" void node_module_register(void* m) {struct node_module* mp = reinterpret_cast<struct node_module*>(m);if (mp->nm_flags & NM_F_BUILTIN) {mp->nm_link = modlist_builtin;modlist_builtin = mp;}... } 復制代碼

由此可以見，c++模塊被存儲在了一個鏈表中，后面process.binding()本質上就是在這個鏈表中查找對應c++模塊，node_module是鏈表中的一個節點，除此之外Init還初始化了一些變量，這些變量基本上都是取決于環境變量用getenv獲得即可

v8初始化

到執行完Init為止，還沒有涉及的js與c++的交互，在將一些環境初始化之后，就要開始用v8這個大殺器了，v8_platform是一個結構體，可以理解為是node對于v8的v8::platform一個封裝，緊接著的就是對v8進行初始化，自此開始具備了與js進行交互的能力，初始化v8之后，創建了一個libuv事件循環就進入了下一個Start函數

第二個Start函數

inline int Start(uv_loop_t* event_loop,int argc, const char* const* argv,int exec_argc, const char* const* exec_argv) {std::unique_ptr<ArrayBufferAllocator, decltype(&FreeArrayBufferAllocator)>allocator(CreateArrayBufferAllocator(), &FreeArrayBufferAllocator);Isolate* const isolate = NewIsolate(allocator.get());// ...{Locker locker(isolate);Isolate::Scope isolate_scope(isolate);HandleScope handle_scope(isolate);} } 復制代碼

首先創建了一個v8的Isolate（隔離），隔離在v8中非常常見，仿佛和進程一樣，不同隔離不共享資源，有著自己得堆棧，但是正是因為這個原因在多線程的情況下，要是對每一個線程都創建一個隔離的話，那么開銷會非常的大（可喜可賀的是node有了worker_threads），這時候可以借助Locker來進行同步，同時也保證了一個Isolate同一時刻只能被一個線程使用；下面兩行就是v8的常規套路，下一步一般就是創建一個Context（最簡化的一個流程可以參見v8的hello world），HandleScope叫做句柄作用域，一般都是放在函數的開頭，來管理函數創建的一些句柄（水平有限，暫時不深究，先挖個坑）；第二個Start的主要流程就是這個，下面就會進入最后一個Start函數，這個函數可以說是非常的關鍵，會揭開所有的謎題

解開謎題

inline int Start(Isolate* isolate, IsolateData* isolate_data,int argc, const char* const* argv,int exec_argc, const char* const* exec_argv) {HandleScope handle_scope(isolate);// 常規套路Local<Context> context = NewContext(isolate);Context::Scope context_scope(context);Environment env(isolate_data, context, v8_platform.GetTracingAgentWriter());env.Start(argc, argv, exec_argc, exec_argv, v8_is_profiling);// ... 復制代碼

可以見到v8的常見套路，創建了一個上下文，這個上下文就是js的執行環境，Context::Scope是用來管理這個Context，Environment可以理解為一個node的運行環境，記錄了isolate,event loop等，Start的過程主要是做了一些libuv的初始化以及process對象的定義：

auto process_template = FunctionTemplate::New(isolate());process_template->SetClassName(FIXED_ONE_BYTE_STRING(isolate(), "process"));auto process_object =process_template->GetFunction()->NewInstance(context()).ToLocalChecked();set_process_object(process_object);SetupProcessObject(this, argc, argv, exec_argc, exec_argv); 復制代碼

SetupProcessObject生成了一個c++層面上的process對象，這個已經基本上和平時node中的process對象一致，但是還會有一些出入，比如沒有binding等，完成了這個過程之后就開始了LoadEnvironment

LoadEnvironment

Local<String> loaders_name =FIXED_ONE_BYTE_STRING(env->isolate(), "internal/bootstrap/loaders.js"); MaybeLocal<Function> loaders_bootstrapper =GetBootstrapper(env, LoadersBootstrapperSource(env), loaders_name); Local<String> node_name =FIXED_ONE_BYTE_STRING(env->isolate(), "internal/bootstrap/node.js"); MaybeLocal<Function> node_bootstrapper =GetBootstrapper(env, NodeBootstrapperSource(env), node_name); 復制代碼

先將lib/internal/bootstrap文件夾下的兩個文件讀進來，然后利用GetBootstrapper來執行js代碼分別得到了一個函數，一步步來看，先看看GetBootstrapper為什么可以執行js代碼，查看這個函數可以發現主要是因為ExecuteString：

MaybeLocal<v8::Script> script =v8::Script::Compile(env->context(), source, &origin); ... MaybeLocal<Value> result = script.ToLocalChecked()->Run(env->context()); 復制代碼

這個主要利用了v8的能力，對js文件進行了解析和執行，打開loaders.js看看其參數，需要五個，撿兩個最重要的來說，分別是process和getBinding，這里面往后繼續看LoadEnvironment發現process對象就是剛剛生成的，而getBinding是函數GetBinding：

node_module* mod = get_builtin_module(*module_v); Local<Object> exports; if (mod != nullptr) {exports = InitModule(env, mod, module); } else if (!strcmp(*module_v, "constants")) {exports = Object::New(env->isolate());CHECK(exports->SetPrototype(env->context(),Null(env->isolate())).FromJust());DefineConstants(env->isolate(), exports); } else if (!strcmp(*module_v, "natives")) { // NativeModule _sourceexports = Object::New(env->isolate());DefineJavaScript(env, exports); } else {return ThrowIfNoSuchModule(env, *module_v); }args.GetReturnValue().Set(exports); 復制代碼

其作用就是根據傳參來初始化指定的模塊，當然也有比較特殊的兩個分別是constants和natives（后面再看），get_builtin_module調用的就是FindModule，還記得之前在Init過程中將模塊都注冊到的鏈表嗎？FindModule就是遍歷這個鏈表找到相應的模塊：

struct node_module* mp; for (mp = list; mp != nullptr; mp = mp->nm_link) {if (strcmp(mp->nm_modname, name) == 0)break; } 復制代碼

InitModule就是調用之前注冊模塊定義的初始化函數，還以buffer看的話，就是執行node::Buffer::Initialize函數，打開著函數來看和平時寫addon的方式一樣，也會暴露一個對象出來供js調用；LoadEnvironment下面就是將process, GetBinding等作為傳入傳給上面生成好的函數并且利用v8來執行，來到了大家熟悉的領域，來看看loaders.js：

const moduleLoadList = []; ObjectDefineProperty(process, 'moduleLoadList', {value: moduleLoadList,configurable: true,enumerable: true,writable: false }); 復制代碼

定義了一個已經加載的Module的數組，也可以在node通過process.moduleLoadList來看看加載了多少的原生模塊進來

process.binding

process.binding = function binding(module) {module = String(module);let mod = bindingObj[module];if (typeof mod !== 'object') {mod = bindingObj[module] = getBinding(module);moduleLoadList.push(`Binding ${module}`);}return mod; }; 復制代碼

終于到了這個方法，翻看lib中的js文件，有著非常多的這種調用，這個函數就是對GetBinding做了一個js層面的封裝，做的無非是查看一下這個模塊是否已經加載完成了，是的話直接返回回去，不需要再次初始化了，所以利用prcoess.binding加載了對應的c++模塊（可以執行一下process.binding('buffer')，然后再去node_buffer.cc中看看）繼續向下看，會發現定義了一個class就是NativeModule，發現其有一個靜態屬性：

加載js

NativeModule._source = getBinding('natives'); 復制代碼

返回到GetBinding函數，看到的是一個if分支就是這種情況：

exports = Object::New(env->isolate()); DefineJavaScript(env, exports); 復制代碼

來看看DefineJavaScript發生了什么樣的事情，這個函數發現只能在頭文件（node_javascript.h）里面找到，但是根本找不到具體的實現，這是個什么鬼？？？去翻一下node.gyp文件發現這個文件是用js2c.py這個文件生成的，去看一下這個python文件，可以發現許多的代碼模板，每一個模板都是用Render返回的，data參數就是js文件的內容，最終會被轉換為c++中的byte數組，同時定義了一個將其轉換為字符串的方法，那么問題來了，這些文件都是那些呢？答案還是在node.gyp中，就是library_files數組，發現包含了lib下的所有的文件和一些dep下的js文件，DefineJavaScript這個文件做的就是將待執行的js代碼注冊下，所以NativeModule._source中存儲的是一些待執行的js代碼，來看一下NativeModule.require：

NativeModule

const cached = NativeModule.getCached(id); if (cached && (cached.loaded || cached.loading)) {return cached.exports; } moduleLoadList.push(`NativeModule ${id}`);const nativeModule = new NativeModule(id);nativeModule.cache(); nativeModule.compile();return nativeModule.exports; 復制代碼

可以發現NativeModule也有著緩存的策略，require先把其放到_cache中再次require就不會像第一次那樣執行這個模塊，而是直接用緩存中執行好的，后面說的Module與其同理，看一下compile的實現：

let source = NativeModule.getSource(this.id); source = NativeModule.wrap(source);NativeModule.wrap = function(script) {return NativeModule.wrapper[0] + script + NativeModule.wrapper[1]; }; NativeModule.wrapper = ['(function (exports, require, module, process) {','\n});' ]; 復制代碼

首先從_source中取出相應的模塊，然后對這個模塊進行包裹成一個函數，執行函數用的是什么呢？

const script = new ContextifyScript(source, this.filename, 0, 0,codeCache[this.id], false, undefined );this.script = script; const fn = script.runInThisContext(-1, true, false); const requireFn = this.id.startsWith('internal/deps/') ?NativeModule.requireForDeps :NativeModule.require; fn(this.exports, requireFn, this, process); 復制代碼

本質上就是調用了vm編譯自婦產得到函數，然后給其傳入了一些參數并執行，this.exports就是一個對象，require區分了一下是否加載node依賴的js文件，this也就是參數module，這也說明了兩者的關系，exports就是module的一個屬性，也解釋了為什么exports.xx之后再指定module.exports = yy會將xx忽略掉，還記得LoadEnvironment嗎？bootstrap/loaders.js執行完之后執行了bootstrap/node.js，可以說這個文件是node真正的入口，比如定義了global對象上的屬性，比如console setTimeout等，由于篇幅有限，來挑一個最常用的場景，來看看這個是什么一回事：

else if (process.argv[1] && process.argv[1] !== '-') {const path = NativeModule.require('path');process.argv[1] = path.resolve(process.argv[1]);const CJSModule = NativeModule.require('internal/modules/cjs/loader');...CJSModule.runMain(); } 復制代碼

這個過程就是熟悉的node index.js這個過程，可以看到的對于開發者自己的js來說，在node中對應的class是Module，相信這個文件大家很多人都了解，與NativeModule相類似，不同的是，需要進行路徑的解析和模塊的查找等，來大致的看一下這個文件，先從上面調用的runMain來看：

if (experimentalModules) {// ... } else {Module._load(process.argv[1], null, true); } 復制代碼

Module

node中開啟--experimental-modules可以加載es模塊，也就是可以不用babel轉義就可以使用import/export啦，這個不是重點，重點來看普通的commonnjs模塊，process.argv[1]一般就是要執行的入口文件，下面看看Module._load：

Module._load = function(request, parent, isMain) {if (parent) {debug('Module._load REQUEST %s parent: %s', request, parent.id);}// 查找文件具體位置var filename = Module._resolveFilename(request, parent, isMain);// 存在緩存，則不需要再次執行var cachedModule = Module._cache[filename];if (cachedModule) {updateChildren(parent, cachedModule, true);return cachedModule.exports;}// 加載node原生模塊，原生模塊不需要緩存，因為NativeModule中也存在緩存if (NativeModule.nonInternalExists(filename)) {debug('load native module %s', request);return NativeModule.require(filename);}// 加載并執行一個模塊var module = new Module(filename, parent);if (isMain) {process.mainModule = module;module.id = '.';}Module._cache[filename] = module;// 調用load方法進行加載tryModuleLoad(module, filename);return module.exports; }; 復制代碼

這里看每一個Module有一個parent的屬性，假如a.js中引入了b.js，那么Module b的parent就是Module a，利用resolveFilename可以得到文件具體的位置，這個過程而后調用load函數來加載文件，可以看到的是區分了幾種類型，分別是.js .json .node，對應的.js是讀文件然后執行，.json是直接讀文件后JSON.parse一下，.node是調用dlopen，Module.compile于NativeModule.compile相類似都是想包裹一層成為函數，然后調用了vm編譯得到這個函數，最后傳入參數來執行，對于Module來說，包裹的代碼如下：

Module.wrapper = ['(function (exports, require, module, __filename, __dirname) { ','\n});' ]; 復制代碼

執行完上述過程后，前期工作就已經做得比較充分了，再次回到最后一個Start函數來看，從代碼中可以看到開始了node的event loop，這就是node的初始化過程，關于event loop需要對libuv有一定的了解，可以說node真正離不開的是libuv，具體這方面的東西，可以繼續關注我后面的文章

總結

總結一下這個過程，以首次加載沒有任何緩存的情況開看：require('fs')，先是調用了Module.require，而后發現為原生模塊，于是調用NativeModule.require，從NativeModule._source將lib/fs的內容拿出來包裹一下然后執行，這個文件第一行就可以看到process.binding，這個本質上是加載原生的c++模塊，這個模塊在初始化的時候將其注冊到了一個鏈表中，加載的過程就是將其拿出來然后執行

以上內容如果有錯誤的地方，還請大佬指出，萬分感激，另外一件重要的事情就是：我所在團隊也在招人，如果有興趣可以將簡歷發至zhoupeng.1996@bytedance.com

轉載于:https://juejin.im/post/5b93fdd76fb9a05cf7157525

總結

以上是生活随笔為你收集整理的nodejs源码—初始化的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。