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Dieser Artikel führt Sie durch das Dateimodul und das Kernmodul in Node und spricht über die Suche nach Dateimodulen, die Kompilierung und Ausführung von Dateimodulen sowie die Kompilierung und Ausführung von JavaScript- und C/C++-Kernmodulen I Ich hoffe, es wird für alle hilfreich sein!
Wenn wir Nodejs für die tägliche Entwicklung verwenden, verwenden wir häufig require, um zwei Arten von Modulen zu importieren. Eine davon ist das Modul, das wir selbst geschrieben haben, oder das Modul eines Drittanbieters, das mit npm installiert wird Node. File module
; der andere Typ sind die integrierten Module von Node, wie z. B. os
und andere Module Module heißen Es ist Kernmodul
. 文件模块
;另一类则是 Node 内置的提供给我们使用的模块,如 os
、fs
等模块,这些模块被称为 核心模块
。
需要注意的是,文件模块与核心模块的差异不仅仅在于是否被 Node 内置,具体到模块的文件定位、编译和执行过程,两者之间都存在明显的差别。不仅如此,文件模块还可以被细分为普通文件模块、自定义模块或 C/C++ 扩展模块等等,不同的模块在文件定位、编译等流程也存在诸多细节上的不同。
本文会就这些问题,理清文件模块与核心模块的概念以及它们在文件定位、编译或执行等流程的具体过程和需要注意的细节,希望对你有所帮助。
我们先从文件模块讲起。
什么是文件模块呢?
在 Node 中,使用 .、.. 或 /
开头的模块标识符(也就是使用相对路径或绝对路径)来 require 的模块,都会被当作文件模块。另外,还有一类特殊的模块,虽然不含有相对路径或绝对路径,也不是核心模块,但是会指向一个包,Node 在定位这类模块时,会用 模块路径
逐个查找该模块,这类模块被称为自定义模块。
因此,文件模块包含两类,一类是带路径的普通文件模块,一类是不带路径的自定义模块。
文件模块在运行时动态加载,需要完整的文件定位、编译执行过程,速度比核心模块慢。
对于文件定位而言,Node 对这两类文件模块的处理有所不同。我们来具体看看这两类文件模块的查找流程。
对于普通的文件模块,由于携带路径,指向非常明确,查找耗时不会很久,因此查找效率比下文要介绍的自定义模块要高一些。不过还是有两点需要注意。
一是通常情况下,使用 require 引入文件模块时一般都不会指定文件扩展名,比如:
const math = require("math");
由于没有指定扩展名,Node 还不能确定最终的文件。在这种情况下,Node 会按 .js、.json、.node
的顺序补足扩展名,依次尝试,这个过程被称为 文件扩展名分析
。
另外需要注意的是,在实际开发中,除了 require 一个具体的文件外,我们通常还会指定一个目录,比如:
const axios = require("../network");
在这种情况下,Node 会先进行文件扩展名分析,如果没有查找到对应文件,但是得到了一个目录,此时 Node 会将该目录当作一个包来处理。
具体而言,Node 会将目录中的 package.json
的 main
字段所指向的文件作为查找结果返回。如果 main 所指向的文件错误,或者压根不存在 package.json
文件,Node 会使用 index
作为默认文件名,然后依次使用 .js
、.node
进行扩展名分析,逐个查找目标文件,如果没有找到的话就会抛出错误。
(当然,由于 Node 存在两类模块系统 CJS 和 ESM,除了查找 main 字段外,Node 还会采用其他方式,由于不在本文讨论范围内,就不再赘述了。)
刚才提到,Node 在查找自定义模块的过程中,会使用到模块路径,那什么是模块路径呢?
熟悉模块解析的朋友应该都知道,模块路径是一个由路径组成的数组,具体的值可以看以下这个示例:
// example.js console.log(module.paths);
打印结果:
可以看到,Node 中的模块存在一个模块路径数组,存放在 module.paths
., .. oder /
beginnen (d. h. relative oder absolute Pfade verwenden), als Dateimodule behandelt. Darüber hinaus gibt es einen speziellen Modultyp, obwohl er keinen relativen oder absoluten Pfad enthält und kein Kernmodul ist. Wenn Node diesen Modultyp findet, verwendet er Modulpfad, um nacheinander zu suchen. Dieser Modultyp wird als benutzerdefiniertes Modul bezeichnet. 🎜🎜Daher gibt es zwei Arten von Dateimodulen: das eine sind gewöhnliche Dateimodule mit Pfaden und das andere sind benutzerdefinierte Module ohne Pfade. 🎜🎜Das Dateimodul wird zur Laufzeit dynamisch geladen, erfordert einen vollständigen Dateipositionierungs-, Kompilierungs- und Ausführungsprozess und ist langsamer als das Kernmodul. 🎜🎜Für die Dateipositionierung behandelt Node diese beiden Arten von Dateimodulen unterschiedlich. Schauen wir uns die Suchprozesse für diese beiden Arten von Dateimodulen genauer an. 🎜(function(exports, require, module, __filename, __dirname) { // 模块代码 });🎜Da die Erweiterung nicht angegeben ist, kann Node die endgültige Datei noch nicht ermitteln. In diesem Fall vervollständigt Node die Erweiterungen in der Reihenfolge
.js, .json, .node
und probiert sie einzeln aus. Dieser Vorgang wird als Dateierweiterungsanalyse
bezeichnet . 🎜🎜Eine weitere zu beachtende Sache ist, dass wir in der tatsächlichen Entwicklung zusätzlich zur Anforderung einer bestimmten Datei normalerweise auch ein Verzeichnis angeben, z. B.: 🎜rrreee🎜In diesem Fall führt Node zunächst eine Dateierweiterungsanalyse durch nicht gefunden, aber ein Verzeichnis wurde abgerufen. Zu diesem Zeitpunkt behandelt Node das Verzeichnis als Paket. 🎜🎜Konkret gibt Node die Datei, auf die das Feld main
von package.json
verweist, im Verzeichnis als Suchergebnis zurück. Wenn die Datei, auf die main verweist, falsch ist oder die Datei package.json
überhaupt nicht existiert, verwendet Node index
als Standarddateinamen und verwendet dann module.paths
speichert, wird verwendet, um anzugeben, wie Node benutzerdefinierte Module findet, auf die vom aktuellen Modul verwiesen wird. 🎜具体来讲,Node 会遍历模块路径数组,逐个尝试其中的路径,查找该路径对应的 node_modules
目录中是否有指定的自定义模块,如果没有就向上逐级递归,一直到根目录下的 node_modules
目录,直到找到目标模块为止,如果找不到的话就会抛出错误。
可以看出,逐级向上递归查找 node_modules
目录是 Node 查找自定义模块的策略,而模块路径便是这个策略的具体实现。
同时我们也得出一个结论,在查找自定义模块时,层级越深,相应的查找耗时就会越多。因此相比于核心模块和普通的文件模块,自定义模块的加载速度是最慢的。
当然,根据模块路径查找到的仅仅是一个目录,并不是一个具体的文件,在查找到目录后,同样地,Node 会根据上文所描述的包处理流程进行查找,具体过程不再赘述了。
以上是普通文件模块和自定义模块的文件定位的流程和需要注意的细节,接下来我们来看者两类模块是如何编译执行的。
当定位到 require 所指向的文件后,通常模块标识符都不带有扩展名,根据上文提到的文件扩展名分析我们可以知道,Node 支持三种扩展名文件的编译执行:
JavaScript 文件。通过 fs
模块同步读取文件后编译执行。除了 .node
和 .json
文件,其他文件都会被当作 .js
文件载入。
.node
文件,这是用 C/C++ 编写后编译生成的扩展文件,Node 通过 process.dlopen()
方法加载该文件。
json 文件,通过 fs
模块同步读取文件后,使用 JSON.parse()
解析并返回结果。
在对文件模块进行编译执行之前,Node 会使用如下所示的模块封装器对其进行包装:
(function(exports, require, module, __filename, __dirname) { // 模块代码 });
可以看到,通过模块封装器,Node 将模块包装进函数作用域中,与其他作用域隔离,避免变量的命名冲突、污染全局作用域等问题,同时,通过传入 exports、require 参数,使该模块具备应有的导入与导出能力。这便是 Node 对模块的实现。
了解了模块封装器后,我们先来看 json 文件的编译执行流程。
json 文件的编译执行是最简单的。在通过 fs
模块同步读取 JSON 文件的内容后,Node 会使用 JSON.parse() 解析出 JavaScript 对象,然后将它赋给该模块的 exports 对象,最后再返回给引用它的模块,过程十分简单粗暴。
在使用模块包装器对 JavaScript 文件进行包装后,包装之后的代码会通过 vm
模块的 runInThisContext()
(类似 eval) 方法执行,返回一个 function 对象。
然后,将该 JavaScript 模块的 exports、require、module 等参数传递给这个 function 执行,执行之后,模块的 exports 属性被返回给调用方,这就是 JavaScript 文件的编译执行过程。
在讲解 C/C++ 扩展模块的编译执行之前,先介绍一下什么是 C/C++ 扩展模块。
C/C++ 扩展模块属于文件模块中的一类,顾名思义,这类模块由 C/C++ 编写,与 JavaScript 模块的区别在于其加载之后不需要编译,直接执行之后就可以被外部调用了,因此其加载速度比 JavaScript 模块略快。相比于用 JS 编写的文件模块,C/C++ 扩展模块明显更具有性能上的优势。对于 Node 核心模块中无法覆盖的功能或者有特定的性能需求,用户可以编写 C/C++ 扩展模块来达到目的。
那 .node
文件又是什么呢,它跟 C/C++ 扩展模块有什么关系?
事实上,编写好之后的 C/C++ 扩展模块经过编译之后就生成了 .node
文件。也就是说,作为模块的使用者,我们并不直接引入 C/C++ 扩展模块的源代码,而是引入 C/C++ 扩展模块经过编译之后的二进制文件。因此,.node
文件并不需要编译,Node 在查找到 .node
文件后,只需加载和执行该文件即可。在执行的过程中,模块的 exports 对象被填充,然后返回给调用者。
Es ist erwähnenswert, dass die durch Kompilieren des C/C++-Erweiterungsmoduls generierte Datei .node
auf verschiedenen Plattformen unterschiedliche Formen hat: C/C++-Erweiterungsmodul unter dem System *nix
Es wird von Compilern wie g++/gcc in eine dynamische Link-Shared-Object-Datei mit der Erweiterung .so
kompiliert. Unter Windows
wird es in eine dynamische Link-Bibliotheksdatei kompiliert Durch den Visual C++-Compiler lautet die Erweiterung .dll
. Aber die Erweiterung, die wir tatsächlich verwenden, ist .node
. Tatsächlich dient die Erweiterung von .node
nur dazu, natürlicher auszusehen .dll
-Datei unter >Windows und eine .so
-Datei unter *nix
. .node
文件在不同平台下有不同的形式:在 *nix
系统下C/C++ 扩展模块被 g++/gcc 等编译器编译为动态链接共享对象文件,扩展名为 .so
;在 Windows
下则被 Visual C++ 编译器编译为动态链接库文件,扩展名为 .dll
。但是在我们实际使用时使用的扩展名却是 .node
,事实上 .node
的扩展名只是为了看起来更自然一点,实际上,在 Windows
下它是一个 .dll
文件,在 *nix
下则是一个 .so
文件。
Node 在查找到要 require 的 .node
文件之后,会调用 process.dlopen()
方法对该文件进行加载和执行。由于 .node
文件在不同平台下是不同的文件形式,为了实现跨平台,dlopen()
方法在 Windows
和 *nix
平台下分别有不同的实现,然后通过 libuv
兼容层进行封装。下图是 C/C++ 扩展模块在不同平台下编译和加载的过程:
核心模块在 Node 源代码的编译过程中,就编译进了二进制执行文件。在 Node 进程启动时,部分核心模块就被直接加载进内存中,所以这部分核心模块引入时,文件定位和编译执行这两个步骤可以省略掉,并且在路径分析中会比文件模块优先判断,所以它的加载速度是最快的。
核心模块其实分为 C/C++ 编写的和 JavaScript 编写的两部分,其中 C/C++ 文件存放在 Node 项目的 src 目录下,JavaScript 文件存放在 lib 目录下。显然,这两部分模块的编译执行流程都有所不同。
对于 JavaScript 核心模块的编译,在 Node 源代码的编译过程中,Node 会采用 V8 附带的 js2c.py 工具,将所有内置的 JavaScript 代码,包括 JavaScript 核心模块,转换为 C++ 里的数组,JavaScript 代码就这样以字符串的形式存储在 node 命名空间中。在启动 Node 进程时,JavaScript 代码就会直接加载进内存。
当引入 JavaScript 核心模块时,Node 会调用 process.binding()
通过模块标识符分析定位到其在内存中的位置,将其取出。在取出后,JavaScript 核心模块同样会经历模块包装器的包装,然后被执行,导出 exports 对象,返回给调用者。
在核心模块中,有些模块全部由 C/C++ 编写,有些模块则由 C/C++ 完成核心部分,其他部分则由 JavaScript 实现包装或向外导出,以满足性能需求,像 buffer
、fs
、os
等模块都是部分通过 C/C++ 编写的。这种 C++ 模块主内完成核心,JavaScript 模块主外实现封装的模式是 Node 提高性能的常见方式。
核心模块中由纯 C/C++ 编写的部分称为内建模块,如 node_fs
、node_os
等,它们通常不被用户直接调用,而是被 JavaScript 核心模块直接依赖。因此,在 Node 的核心模块的引入过程中,存在这样一条引用链:
那 JavaScript 核心模块是如何加载内建模块的呢?
还记得 process.binding()
方法吗,Node 通过调用该方法实现将 JavaScript 核心模块从内存中取出。该方法同样适用于 JavaScript 核心模块,来协助加载内建模块。
具体到该方法的实现,加载内建模块时,首先创建一个 exports 空对象,然后调用 get_builtin_module()
方法取出内建模块对象,通过执行 register_func()
.node
gefunden hat, ruft er die Methode process.dlopen()
auf, um die Datei zu laden und auszuführen. Da .node
-Dateien auf verschiedenen Plattformen unterschiedliche Dateiformen haben, wird zur Erzielung einer plattformübergreifenden Funktion in Windows
die Methode dlopen()
verwendet und Unter der *nix
-Plattform gibt es verschiedene Implementierungen, die dann durch die libuv
-Kompatibilitätsschicht gekapselt werden. Das Bild unten zeigt den Kompilierungs- und Ladevorgang von C/C++-Erweiterungsmodulen auf verschiedenen Plattformen:
Das Kernmodul ist tatsächlich in zwei Teile unterteilt, die in C/C++ und JavaScript geschrieben sind. Die C/C++-Dateien werden im src-Verzeichnis des Node-Projekts gespeichert, und die JavaScript-Dateien werden im lib-Verzeichnis gespeichert. Offensichtlich sind die Kompilierungs- und Ausführungsprozesse dieser beiden Module unterschiedlich.
process.binding()
auf, um seinen Speicherort durch Modul-ID-Analyse zu lokalisieren und abzurufen. Nach dem Herausnehmen wird das JavaScript-Kernmodul auch vom Modul-Wrapper umschlossen, dann ausgeführt, das Exportobjekt exportiert und an den Aufrufer zurückgegeben. 🎜buffer
, fs
, os
code> und andere Module sind teilweise in C/C++ geschrieben. Dieser Modus, bei dem C++-Module den Kern innerhalb des Hauptkörpers vervollständigen und JavaScript-Module die Kapselung außerhalb des Hauptkörpers implementieren, ist eine gängige Methode für Node, die Leistung zu verbessern. 🎜🎜Die in reinem C/C++ geschriebenen Teile des Kernmoduls werden als integrierte Module bezeichnet, z. B. node_fs
, node_os
usw. Sie werden normalerweise nicht direkt von aufgerufen der Benutzer, aber JavaScript-Kernmodule hängen direkt davon ab. Daher gibt es im Einführungsprozess des Node-Kernmoduls eine solche Referenzkette: 🎜🎜🎜🎜Wie lädt das JavaScript-Kernmodul das integrierte Modul? 🎜🎜Erinnern Sie sich an die Methode process.binding()
? Node entnimmt dem Speicher das JavaScript-Kernmodul, indem er diese Methode aufruft. Diese Methode funktioniert auch mit JavaScript-Kernmodulen, um das Laden integrierter Module zu unterstützen. 🎜🎜Speziell für die Implementierung dieser Methode gilt: Wenn Sie ein integriertes Modul laden, erstellen Sie zunächst ein leeres Exportobjekt, rufen Sie dann die Methode get_builtin_module()
auf, um das integrierte Modulobjekt abzurufen, und führen Sie es aus register_func() füllt das Exportobjekt und gibt es schließlich an den Aufrufer zurück, um den Export abzuschließen. Dies ist der Lade- und Ausführungsprozess des integrierten Moduls. 🎜🎜Durch die obige Analyse ist der allgemeine Prozess für die Einführung einer Referenzkette wie des Kernmoduls am Beispiel des Betriebssystemmoduls wie folgt: 🎜🎜🎜🎜🎜Zusammenfassend ist der Prozess der Einführung des Betriebssystemmoduls Durchläuft die Einführung des JavaScript-Dateimoduls und des JavaScript-Kernmoduls. Das Laden und Ausführen des integrierten Moduls sowie das Laden und Ausführen des integrierten Moduls sind für den Aufrufer des Moduls jedoch sehr umständlich und kompliziert. Da die zugrunde liegende komplexe Implementierung und die Details abgeschirmt sind, kann der Import des gesamten Moduls nur über require() abgeschlossen werden, was sehr prägnant ist. freundlich. 🎜<h2 data-id="heading-10"><strong>Zusammenfassung</strong></h2>
<p>In diesem Artikel werden die grundlegenden Konzepte von Dateimodulen und Kernmodulen sowie deren spezifische Prozesse und Details vorgestellt, auf die beim Speicherort, der Kompilierung oder der Ausführung der Datei geachtet werden muss. Konkret: </p>
<ul>
<li><p>Dateimodule können entsprechend den verschiedenen Dateipositionierungsprozessen in normale Dateimodule und benutzerdefinierte Module unterteilt werden. Gewöhnliche Dateimodule können aufgrund ihrer eindeutigen Pfade direkt gefunden werden. Manchmal ist eine Dateierweiterungsanalyse und eine Verzeichnisanalyse erforderlich. Benutzerdefinierte Module suchen anhand des Modulpfads. Nach erfolgreicher Suche wird der endgültige Dateispeicherort durch eine Verzeichnisanalyse ermittelt . </p></li>
<li><p>Dateimodule können je nach Kompilierungs- und Ausführungsprozess in JavaScript-Module und C/C++-Erweiterungsmodule unterteilt werden. Das JavaScript-Modul wird vom Modul-Wrapper verpackt und über die Methode <code>runInThisContext
des Moduls vm
ausgeführt. Das C/C++-Erweiterungsmodul ist also bereits eine ausführbare Datei, die nach der Kompilierung generiert wurde Es kann direkt ausgeführt werden und das exportierte Objekt an den Aufrufer zurückgeben. vm
模块的 runInThisContext
方法进行执行;C/C++ 扩展模块由于已经是经过编译之后生成的可执行文件,因此可直接执行,返回导出对象给调用方。
核心模块分为 JavaScript 核心模块和内建模块。JavaScript 核心模块在 Node 进程启动时便被加载进内存中,通过 process.binding()
方法可将其取出,然后执行;内建模块的编译执行会经历 process.binding()
、get_builtin_module()
和 register_func()
process.binding()
zur Kompilierung und Ausführung des integrierten Moduls ausgeführt werden Gehen Sie den Prozess durch. Handhabung der Funktionen binding()
, get_builtin_module()
und register_func()
. Darüber hinaus haben wir auch die Referenzkette für Node erhalten, um das Kernmodul einzuführen, also das Dateimodul –>JavaScript-Kernmodul –>eingebautes Modul, und haben auch das
C++-Modul gelernt Um den Kern innerhalb des Hauptmoduls zu vervollständigen, implementiert das JavaScript-Modul die Modulschreibmethode der Kapselung. Weitere Kenntnisse zum Thema Programmierung finden Sie unter:
Programmiervideos🎜! ! 🎜Das obige ist der detaillierte Inhalt vonErfahren Sie in einem Artikel mehr über das Dateimodul und das Kernmodul in Node. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!