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简单讲解一下Nodejs源码

我们看到创建一个udp服务器很简单,首先申请一个socket对象,在nodejs中和操作系统中一样,socket是对网络通信的一个抽象,我们可以把他理解成对传输层的抽象,他可以代表tcp也可以代表udp。

Nodejs源码解析Nodejs源码解析

我们从一个使用例子开始看看udp模块的实现。

const dgram = require('dgram');
// 创建一个socket对象
const server = dgram.createSocket('udp4');
// 监听udp数据的到来
server.on('message', (msg, rinfo) => {
 // 处理数据});// 绑定端口
server.bind(41234);

我们看到创建一个udp服务器很简单,首先申请一个socket对象,在nodejs中和操作系统中一样,socket是对网络通信的一个抽象,我们可以把他理解成对传输层的抽象,他可以代表tcp也可以代表udp。我们看一下createSocket做了什么。

function createSocket(type, listener) {
 return new Socket(type, listener);
}

function Socket(type, listener) {
 EventEmitter.call(this);
 let lookup;
 let recvBufferSize;
 let sendBufferSize;

 let options;
 if (type !== null && typeof type === 'object') {
   options = type;
   type = options.type;
   lookup = options.lookup;
   recvBufferSize = options.recvBufferSize;
   sendBufferSize = options.sendBufferSize;
 }
 const handle = newHandle(type, lookup);  
 this.type = type;
 if (typeof listener === 'function')
   this.on('message', listener);

 this[kStateSymbol] = {
   handle,
   receiving: false,
   bindState: BIND_STATE_UNBOUND,
   connectState: CONNECT_STATE_DISCONNECTED,
   queue: undefined,
   reuseAddr: options && options.reuseAddr, // Use UV_UDP_REUSEADDR if true.
   ipv6Only: options && options.ipv6Only,
   recvBufferSize,
   sendBufferSize
 };}

我们看到一个socket对象是对handle的一个封装。我们看看handle是什么。

function newHandle(type, lookup) {
 // 用于dns解析的函数,比如我们调send的时候,传的是一个域名
 if (lookup === undefined) {
   if (dns === undefined) {
     dns = require('dns');
   }

   lookup = dns.lookup;
 }  

 if (type === 'udp4') {
   const handle = new UDP();
   handle.lookup = lookup4.bind(handle, lookup);
   return handle;
 }
 // 忽略ipv6的处理}

handle又是对UDP模块的封装,UDP是c++模块,我们看看该c++模块的定义。

// 定义一个v8函数模块
Local t = env->NewFunctionTemplate(New);
 // t新建的对象需要额外拓展的内存
 t->InstanceTemplate()->SetInternalFieldCount(1);
 // 导出给js层使用的名字
 Local udpString = FIXED_ONE_BYTE_STRING(env->isolate(), "UDP");
 t->SetClassName(udpString);
 // 属性的存取属性
 enum PropertyAttribute attributes = static_cast(ReadOnly | DontDelete);

 Local signature = Signature::New(env->isolate(), t);
 // 新建一个函数模块
 Local get_fd_templ =
     FunctionTemplate::New(env->isolate(),
                           UDPWrap::GetFD,
                           env->as_callback_data(),
                           signature);
 // 设置一个访问器,访问fd属性的时候,执行get_fd_templ,从而执行UDPWrap::GetFD
 t->PrototypeTemplate()->SetAccessorProperty(env->fd_string(),
                                             get_fd_templ,
                                             Local(),
                                             attributes);
 // 导出的函数
 env->SetProtoMethod(t, "open", Open);
 // 忽略一系列函数
 // 导出给js层使用
 target->Set(env->context(),
             udpString,
             t->GetFunction(env->context()).ToLocalChecked()).Check();

在c++层通用逻辑中我们讲过相关的知识,这里就不详细讲述了,当我们在js层new UDP的时候,会新建一个c++对象。

UDPWrap::UDPWrap(Environment* env, Local

执行了uv_udp_init初始化udp对应的handle。我们看一下libuv的定义。

int uv_udp_init_ex(uv_loop_t* loop, uv_udp_t* handle, unsigned int flags) {
 int domain;
 int err;
 int fd;

 /* Use the lower 8 bits for the domain */
 domain = flags & 0xFF;
 // 申请一个socket,返回一个fd
 fd = uv__socket(domain, SOCK_DGRAM, 0);
 uv__handle_init(loop, (uv_handle_t*)handle, UV_UDP);
 handle->alloc_cb = NULL;
 handle->recv_cb = NULL;
 handle->send_queue_size = 0;
 handle->send_queue_count = 0;
 // 初始化io观察者(还没有注册到事件循环的poll io阶段),监听的文件描述符是fd,回调是uv__udp_io
 uv__io_init(&handle->io_watcher, uv__udp_io, fd);
 // 初始化写队列
 QUEUE_INIT(&handle->write_queue);
 QUEUE_INIT(&handle->write_completed_queue);
 return 0;}

到这里,就是我们在js层执行dgram.createSocket(‘udp4’)的时候,在nodejs中主要的执行过程。回到最开始的例子,我们看一下执行bind的时候的逻辑。

Socket.prototype.bind = function(port_, address_ /* , callback */) {
 let port = port_;
 // socket的状态
 const state = this[kStateSymbol];
 // 已经绑定过了则报错
 if (state.bindState !== BIND_STATE_UNBOUND)
   throw new ERR_SOCKET_ALREADY_BOUND();
 // 否则标记已经绑定了
 state.bindState = BIND_STATE_BINDING;
 // 没传地址则默认绑定所有地址
 if (!address) {
   if (this.type === 'udp4')
     address = '0.0.0.0';
   else
     address = '::';
 }
 // dns解析后在绑定,如果需要的话
 state.handle.lookup(address, (err, ip) => {
   if (err) {
     state.bindState = BIND_STATE_UNBOUND;
     this.emit('error', err);
     return;
   }
   const err = state.handle.bind(ip, port || 0, flags);
   if (err) {
      const ex = exceptionWithHostPort(err, 'bind', ip, port);
      state.bindState = BIND_STATE_UNBOUND;
      this.emit('error', ex);
      // Todo: close?
      return;
    }

    startListening(this);
 return this;}

bind函数主要的逻辑是handle.bind和startListening。我们一个个看。我们看一下c++层的bind。

void UDPWrap::DoBind(const FunctionCallbackInfo& args, int family) {
 UDPWrap* wrap;
 ASSIGN_OR_RETURN_UNWRAP(&wrap,
                         args.Holder(),
                         args.GetReturnValue().Set(UV_EBADF));

 // bind(ip, port, flags)
 CHECK_EQ(args.Length(), 3);
 node::Utf8Value address(args.GetIsolate(), args[0]);
 Local ctx = args.GetIsolate()->GetCurrentContext();
 uint32_t port, flags;
 if (!args[1]->Uint32Value(ctx).To(&port) ||
     !args[2]->Uint32Value(ctx).To(&flags))
   return;
 struct sockaddr_storage addr_storage;
 int err = sockaddr_for_family(family, address.out(), port, &addr_storage);
 if (err == 0) {
   err = uv_udp_bind(&wrap->handle_,
                     reinterpret_cast(&addr_storage),
                     flags);
 }

 args.GetReturnValue().Set(err);}

也没有太多逻辑,处理参数然后执行uv_udp_bind,uv_udp_bind就不具体展开了,和tcp类似,设置一些标记和属性,然后执行操作系统bind的函数把本端的ip和端口保存到socket中。我们继续看startListening。

function startListening(socket) {
 const state = socket[kStateSymbol];
 // 有数据时的回调,触发message事件
 state.handle.onmessage = onMessage;
 // 重点,开始监听数据
 state.handle.recvStart();
 state.receiving = true;
 state.bindState = BIND_STATE_BOUND;

 if (state.recvBufferSize)
   bufferSize(socket, state.recvBufferSize, RECV_BUFFER);

 if (state.sendBufferSize)
   bufferSize(socket, state.sendBufferSize, SEND_BUFFER);

 socket.emit('listening');}

重点是recvStart函数,我们到c++的实现。

void UDPWrap::RecvStart(const FunctionCallbackInfo& args) {
 UDPWrap* wrap;
 ASSIGN_OR_RETURN_UNWRAP(&wrap,
                         args.Holder(),
                         args.GetReturnValue().Set(UV_EBADF));
 int err = uv_udp_recv_start(&wrap->handle_, OnAlloc, OnRecv);
 // UV_EALREADY means that the socket is already bound but that's okay
 if (err == UV_EALREADY)
   err = 0;
 args.GetReturnValue().Set(err);}

OnAlloc, OnRecv分别是分配内存接收数据的函数和数据到来时执行的回调。继续看libuv

int uv__udp_recv_start(uv_udp_t* handle,
                      uv_alloc_cb alloc_cb,
                      uv_udp_recv_cb recv_cb) {
 int err;


 err = uv__udp_maybe_deferred_bind(handle, AF_INET, 0);
 if (err)
   return err;
 // 保存一些上下文
 handle->alloc_cb = alloc_cb;
 handle->recv_cb = recv_cb;
 // 注册io观察者到loop,如果事件到来,等到poll io阶段处理
 uv__io_start(handle->loop, &handle->io_watcher, POLLIN);
 uv__handle_start(handle);

 return 0;}

uvudp_recv_start主要是注册io观察者到loop,等待事件到来的时候,在poll io阶段处理。前面我们讲过,回调函数是uvudp_io。我们看一下事件触发的时候,该函数怎么处理的。

static void uv__udp_io(uv_loop_t* loop, uv__io_t* w, unsigned int revents) {
 uv_udp_t* handle;

 handle = container_of(w, uv_udp_t, io_watcher);
 // 可读事件触发
 if (revents & POLLIN)
   uv__udp_recvmsg(handle);
 // 可写事件触发
 if (revents & POLLOUT) {
   uv__udp_sendmsg(handle);
   uv__udp_run_completed(handle);
 }}

我们这里先分析可读事件的逻辑。我们看uv__udp_recvmsg。

static void uv__udp_recvmsg(uv_udp_t* handle) {
 struct sockaddr_storage peer;
 struct msghdr h;
 ssize_t nread;
 uv_buf_t buf;
 int flags;
 int count;

 count = 32;

 do {
   // 分配内存接收数据,c++层设置的
   buf = uv_buf_init(NULL, 0);
   handle->alloc_cb((uv_handle_t*) handle, 64 * 1024, &buf);
   memset(&h, 0, sizeof(h));
   memset(&peer, 0, sizeof(peer));
   h.msg_name = &peer;
   h.msg_namelen = sizeof(peer);
   h.msg_iov = (void*) &buf;
   h.msg_iovlen = 1;
   // 调操作系统的函数读取数据
   do {
     nread = recvmsg(handle->io_watcher.fd, &h, 0);
   }
   while (nread == -1 && errno == EINTR);
   // 调用c++层回调
   handle->recv_cb(handle, nread, &buf, (const struct sockaddr*) &peer, flags);
 }}

libuv会回调c++层,然后c++层回调到js层,最后触发message事件,这就是对应开始那段代码的message事件。

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良许

作者: 良许

良许,世界500强企业Linux开发工程师,公众号【良许Linux】的作者,全网拥有超30W粉丝。个人标签:创业者,CSDN学院讲师,副业达人,流量玩家,摄影爱好者。
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