nodejs处理tcp连接的核心流程

前几天和一个小伙伴交流了一下nodejs中epoll和处理请求的一些知识，今天简单来聊一下nodejs处理请求的逻辑。我们从listen函数开始。

int uv_tcp_listen(uv_tcp_t* tcp, int backlog, uv_connection_cb cb) {
// 设置处理的请求的策略，见下面的分析
if (single_accept == -1) {
 const char* val = getenv("UV_TCP_SINGLE_ACCEPT");
 single_accept = (val != NULL && atoi(val) != 0); /* Off by default. */
}
if (single_accept)
 tcp->flags |= UV_HANDLE_TCP_SINGLE_ACCEPT;
// 执行bind或设置标记
err = maybe_new_socket(tcp, AF_INET, flags);
// 开始监听
if (listen(tcp->io_watcher.fd, backlog))
 return UV__ERR(errno);
// 设置回调
tcp->connection_cb = cb;
tcp->flags |= UV_HANDLE_BOUND;
// 设置io观察者的回调，由epoll监听到连接到来时执行
tcp->io_watcher.cb = uv__server_io;
// 插入观察者队列，这时候还没有增加到epoll，poll io阶段再遍历观察者队列进行处理（epoll_ctl）
uv__io_start(tcp->loop, &tcp->io_watcher, POLLIN);

return 0;
}

我们看到，当我们createServer的时候，到Libuv层就是传统的网络编程的逻辑。这时候我们的服务就启动了。在poll io阶段，我们的监听型的文件描述符和上下文（感兴趣的事件、回调等）就会注册到epoll中。正常来说就阻塞在epoll。那么这时候有一个tcp连接到来，会怎样呢？epoll首先遍历触发了事件的fd，然后执行fd上下文中的回调，即uvserver_io。我们看看uvserver_io。

void uv__server_io(uv_loop_t* loop, uv__io_t* w, unsigned int events) {
// 循环处理，uv__stream_fd(stream)为服务器对应的fd
while (uv__stream_fd(stream) != -1) {
 // 通过accept拿到和客户端通信的fd，我们看到这个fd和服务器的fd是不一样的
 err = uv__accept(uv__stream_fd(stream));
 // uv__stream_fd(stream)对应的fd是非阻塞的，返回这个错说明没有连接可用accept了，直接返回
 if (err < 0) {
  if (err == UV_EAGAIN || err == UV__ERR(EWOULDBLOCK))
   return;
 }
 // 记录下来
 stream->accepted_fd = err;
 // 执行回调
 stream->connection_cb(stream, 0);
 /*
  stream->accepted_fd为-1说明在回调connection_cb里已经消费了accepted_fd，
  否则先注销服务器在epoll中的fd的读事件，等待消费后再注册，即不再处理请求了
 */
 if (stream->accepted_fd != -1) {
  uv__io_stop(loop, &stream->io_watcher, POLLIN);
  return;
 }
/*
  ok，accepted_fd已经被消费了，我们是否还要继续accept新的fd，
  如果设置了UV_HANDLE_TCP_SINGLE_ACCEPT，表示每次只处理一个连接，然后
  睡眠一会，给机会给其他进程accept（多进程架构时）。如果不是多进程架构，又设置这个，
  就会导致处理连接被延迟了一下
*/
 if (stream->type == UV_TCP &&
   (stream->flags & UV_HANDLE_TCP_SINGLE_ACCEPT)) {
  struct timespec timeout = { 0, 1 };
  nanosleep(&timeout, NULL);
 }
}
}

从uv__server_io，我们知道Libuv在一个循环中不断accept新的fd，然后执行回调，正常来说，回调会消费fd，如此循环，直到没有连接可处理了。接下来，我们重点看看回调里是如何消费fd的，大量的循环会不会消耗过多时间导致Libuv的事件循环被阻塞一会。tcp的回调是c++层的OnConnection。

// 有连接时触发的回调
template <typename WrapType, typename UVType>
void ConnectionWrap<WrapType, UVType>::OnConnection(uv_stream_t* handle,
                         int status) {
// 拿到Libuv结构体对应的c++层对象                          
WrapType* wrap_data = static_cast<WrapType*>(handle->data);
CHECK_EQ(&wrap_data->handle_, reinterpret_cast<UVType*>(handle));

Environment* env = wrap_data->env();
HandleScope handle_scope(env->isolate());
Context::Scope context_scope(env->context());

// 和客户端通信的对象
Local<Value> client_handle;

if (status == 0) {
 // Instantiate the client javascript object and handle.
 // 新建一个js层使用对象
 Local<Object> client_obj;
 if (!WrapType::Instantiate(env, wrap_data, WrapType::SOCKET)
      .ToLocal(&client_obj))
  return;

// Unwrap the client javascript object.
 WrapType* wrap;
 // 把js层使用的对象client_obj所对应的c++层对象存到wrap中
 ASSIGN_OR_RETURN_UNWRAP(&wrap, client_obj);
 // 拿到对应的handle
 uv_stream_t* client = reinterpret_cast<uv_stream_t*>(&wrap->handle_);
 // 从handleaccpet到的fd中拿一个保存到client，client就可以和客户端通信了
 if (uv_accept(handle, client))
  return;
 client_handle = client_obj;
} else {
 client_handle = Undefined(env->isolate());
}
// 回调js，client_handle相当于在js层执行new TCP
Local<Value> argv[] = { Integer::New(env->isolate(), status), client_handle };
wrap_data->MakeCallback(env->onconnection_string(), arraysize(argv), argv);
}

代码看起来很复杂，我们只需要关注uv_accept。uv_accept的参数，第一个是服务器对应的handle，第二个是表示和客户端通信的对象。

int uv_accept(uv_stream_t* server, uv_stream_t* client) {
int err;

switch (client->type) {
 case UV_NAMED_PIPE:
 case UV_TCP:
  // 把fd设置到client中
  err = uv__stream_open(client,
             server->accepted_fd,
             UV_HANDLE_READABLE | UV_HANDLE_WRITABLE);
  break;
// ...
}

client->flags |= UV_HANDLE_BOUND;
// 标记已经消费了fd
server->accepted_fd = -1;
return err;
}

uv_accept主要就是两个逻辑，把和客户端通信的fd设置到client中，并标记已经消费，从而驱动刚才讲的while循环继续执行。对于上层来说，就是拿到了一个和客户端的对象，在Libuv层是结构体，在c++层是一个c++对象，在js层是一个js对象，他们三个是一层层封装且关联起来的，最核心的是Libuv的client结构体中的fd，这是和客户端通信的底层门票。最后回调js层，那就是执行net.js的onconnection。onconnection又封装了一个Socket对象用于表示和客户端通信，他持有c++层的对象，c++层对象又持有Libuv的结构体，Libuv结构体又持有fd。

const socket = new Socket({
 handle: clientHandle,
 allowHalfOpen: self.allowHalfOpen,
 pauseOnCreate: self.pauseOnConnect,
 readable: true,
 writable: true
});