我们可以看到，Node.js 的结构大致分为三个层次：
Node.js 标准库，这部分是由 Javascript 编写的，即我们使用过程中直接能调用的 API。在源码中的lib目录下可以看到。
Node bindings，这一层是 Javascript 与底层 C/C++ 能够沟通的关键，前者通过 bindings 调用后者，相互交换数据。实现在node.cc
这一层是支撑 Node.js 运行的关键，由 C/C++ 实现。
V8：Google 推出的 Javascript VM，也是 Node.js 为什么使用的是 Javascript 的关键，它为 Javascript 提供了在非浏览器端运行的环境，它的高效是 Node.js 之所以高效的原因之一。
Libuv：它为 Node.js 提供了跨平台，线程池，事件池，异步 I/O 等能力，是 Node.js 如此强大的关键。
C-ares：提供了异步处理 DNS 相关的能力。
http_parser、OpenSSL、zlib 等：提供包括 http 解析、SSL、数据压缩等其他的能力。
Libuv
Libuv 是 Node.js 关键的一个组成部分，它为上层的 Node.js 提供了统一的 API 调用，使其不用考虑平台差距，隐藏了底层实现。
可以看出，它是一个对开发者友好的工具集，包含定时器，非阻塞的网络 I/O，异步文件系统访问，子进程等功能。它封装了 Libev、Libeio 以及 IOCP，保证了跨平台的通用性。
我们只要先知道它本身是异步和事件驱动的，记住这点，下面的问题就有了答案，我们一一来看。
与操作系统交互
举个简单的例子，我们想要打开一个文件，并进行一些操作，可以写下面这样一段代码：
varfs =require('fs');
fs.open('./test.txt',"w",function(err, fd){
//..do something
});
这段代码的调用过程大致可描述为：lib/fs.js→src/node_file.cc→uv_fs
具体来说，当我们调用fs.open时，Node.js 通过process.binding调用 C/C++ 层面的Open函数，然后通过它调用 Libuv 中的具体方法uv_fs_open，最后执行的结果通过回调的方式传回，完成流程。在图中，可以看到平台判断的流程，需要说明的是，这一步是在编译的时候已经决定好的，并不是在运行时中。
总体来说，我们在 Javascript 中调用的方法，最终都会通过process.binding传递到 C/C++ 层面，最终由他们来执行真正的操作。Node.js 即这样与操作系统进行互动。
通过这个过程，我们可以发现，实际上，Node.js 虽然说是用的 Javascript，但只是在开发时使用 Javascript 的语法来编写程序。真正的执行过程还是由 V8 将 Javascript 解释，然后由 C/C++ 来执行真正的系统调用，所以并不需要过分担心 Javascript 执行效率的问题。可以看出，Node.js 并不是一门语言，而是一个平台，这点一定要分清楚。
异步、非阻塞I/O
通过上文，我们了解到，真正执行系统调用的其实是 Libuv。之前我们提到，Libuv 本身就是异步和事件驱动的，所以，当我们将 I/O操作的请求传达给 Libuv 之后，Libuv 开启线程来执行这次 I/O 调用，并在执行完成后，传回给 Javascript 进行后续处理。
这里面的 I/O 包括文件 I/O 和 网络 I/O。两者的底层执行略有不同。从上面的 Libuv 官网的图中，我们可以看到，文件I/O，DNS 等操作，都是依托线程池（Thread Pool）来实现的。而网络 I/O 这一大类，包括：TCP、UDP、TTY 等，是由epoll、IOCP、kqueue 来具体实现的。
总结来说，一个异步 I/O 的大致流程如下：
发起 I/O 调用
1.用户通过 Javascript 代码调用 Node 核心模块，将参数和回调函数传入到核心模块；
2.Node 核心模块会将传入的参数和回调函数封装成一个请求对象；
3.将这个请求对象推入到 I/O 线程池等待执行；
4.Javascript 发起的异步调用结束，Javascript 线程继续执行后续操作。
执行回调
1.I/O 操作完成后，会将结果储存到请求对象的 result 属性上，并发出操作完成的通知；
2.每次事件循环时会检查是否有完成的 I/O 操作，如果有就将请求对象加入到 I/O 观察者队列中，之后当做事件处理；
3.处理 I/O 观察者事件时，会取出之前封装在请求对象中的回调函数，执行这个回调函数，并将 result 当参数，以完成 Javascript 回调的目的。
这里面涉及到了 Libuv 本身的一个设计理念，事件循环（Event Loop），它是一个类似于while true的无限循环，其核心函数是uv_run，下文会用到。
从这里，我们可以看到，我们其实对 Node.js 的单线程一直有个误会。事实上，它的单线程指的是自身 Javascript运行环境的单线程，Node.js 并没有给 Javascript 执行时创建新线程的能力，最终的实际操作，还是通过 Libuv以及它的事件循环来执行的。这也就是为什么 Javascript 一个单线程的语言，能在 Node.js 里面实现异步操作的原因，两者并不冲突。
事件驱动
说到，事件驱动，对于前端来说，并不陌生。事件，是一个在 GUI 开发时很常用的一个概念，常见的有鼠标事件，键盘事件等等。在异步的多种实现中，事件是一种比较容易理解和实现的方式。
说到事件，一定会想到回调，当我们写了一大堆事件处理函数后，Libuv 如何来执行这些回调呢？这就提到了我们之前说到的uv_run，先看一张它的执行流程图：
在uv_run函数中，会维护一系列的监视器：
typedefstructuv_loop_suv_loop_t;
typedefstructuv_err_suv_err_t;typedefstructuv_handle_suv_handle_t;
typedefstructuv_stream_suv_stream_t;typedefstructuv_tcp_suv_tcp_t;
typedefstructuv_udp_suv_udp_t;
typedefstructuv_pipe_suv_pipe_t;
typedefstructuv_tty_suv_tty_t;
typedefstructuv_poll_suv_poll_t;
typedefstructuv_timer_suv_timer_t;
typedefstructuv_prepare_suv_prepare_t;
typedefstructuv_check_suv_check_t;
typedefstructuv_idle_suv_idle_t;
typedefstructuv_async_suv_async_t;
typedefstructuv_process_suv_process_t;
typedefstructuv_fs_event_suv_fs_event_t;
typedefstructuv_fs_poll_suv_fs_poll_t;
typedefstructuv_signal_suv_signal_t;
这些监视器都有对应着一种异步操作，它们通过uv_TYPE_start，来注册事件监听以及相应的回调。
在uv_run执行过程中，它会不断的检查这些队列中是或有pending状态的事件，有则触发，而且它在这里只会执行一个回调，避免在多个回调调用时发生竞争关系，因为 Javascript 是单线程的，无法处理这种情况。
上面的图中，对 I/O 操作的事件驱动，表达的比较清楚。除了我们常提到的 I/O 操作，图中还表述了一种情况，timer（定时器）。它与其他两者不同之处在于，它没有单独开立新的线程，而是在事件循环中直接完成的。
事件循环除了维护那些观察者队列，还维护了一个time字段，在初始化时会被赋值为0，每次循环都会更新这个值。所有与时间相关的操作，都会和这个值进行比较，来决定是否执行。
在图中，与 timer 相关的过程如下：
更新当前循环的 time 字段，即当前循环下的“现在”；
1.检查循环中是否还有需要处理的任务（handlers/requests），如果没有就不必循环了，即是否 alive。
2.检查注册过的 timer，如果某一个 timer 中指定的时间落后于当前时间了，说明该 timer 已到期，于是执行其对应的回调函数；
3.执行一次 I/O polling（即阻塞住线程，等待 I/O 事件发生），如果在下一个timer 到期时还没有任何 I/O 完成，则停止等待，执行下一个 timer 的回调。如果发生了 I/O事件，则执行对应的回调；由于执行回调的时间里可能又有 timer 到期了，这里要再次检查 timer 并执行回调。
Node.js 会一直调用uv_run直到到循环不在 alive。
同步方法
虽然 Node.js 是以异步为主要模式的，但我们在实际开发中，难免会有一些情况是有时序性的，如果由异步来写，就会写出很丑的 Callback Hell，如下：
db.query('selectnicknamefromuserswhereid="12"', function() {
db.query('select*fromxxxwhereid="12"', function() {
db.query('select*fromxxxwhereid="12"', function() {
db.query('select*fromxxxwhereid="12"', function() {
//...
});
});
});
});
这个时候如果有同步方法，就会方便很多。这一点，Node.js 的开发者也想到了，目前大部分的异步操作函数，都存在其对应的同步版本，只需要在其名称后面加上Sync即可，不用传入回调。
varfile= fs.readFileSync('/test.txt', {"encoding": "utf-8});
这写方法还是比较好用的，执行 shell 命令，读取文件等都比较方便。不过，体验不太好的一点就是这种调用的错误收集，它不会像回调函数那样，在第一参数中传入错误信息，它会将错误直接抛出，你需要使用try...catch来获取，如下：
var data;
try{
data = fs.readFileSync('/test.txt');
} catch ( e ) {
if(e.code =='ENOENT') {
//...
}
//...
}
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