Funcionamento interno do Node.js e boas práticas

Atualmente, o Node.js conquista uma maior popularidade a cada dia. Com tantos frameworks e DOM (Desenvolvimento Orientada a Modinha), acabamos deixando de lado como é seu funcionamento por baixo dos panos, além de práticas que podem afetar a performance de uma aplicação. Afinal, você sabe exatamente o que é o Node.js?. Talk realizada no TDC SP de 2017

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1. Funcionamento interno do Node.js Kirmayr Tomaz
2. Sobre mim Kirmayr Tomaz • De Manaus/AM • Bacharel em Sistemas de Informação - UFAM • Organizador do Femug-AM • Mentor no Traning Center @kirmayrtomaz tomaz.kirmayr@gmail.com
3. Sobre mim Kirmayr Tomaz • De Manaus/AM • Bacharel em Sistemas de Informação - UFAM • Organizador do Femug-AM • Mentor no Traning Center @kirmayrtomaz tomaz.kirmayr@gmail.com
4. SUMÁRIO • Node Interno ◦ Conceitos base ◦ Estrutura do Node.js ◦ Libuv ◦ V8 •TurboFan •Ignition ◦ APIs
5. Node.js
6. Node.js Terminologia • Single Thread • Paralelismo e concorrência • Síncrono e assíncrono • I/O não bloqueante • Orientada a Eventos
7. Estrutura do Node.js Dependências Internas • Libuv • V8 • C-iris • Crypto • HTTP-parse • Zlib • OpenSSL Ferramentas • npm • gyp • gtest
8. V8 Libuv zlib HTTP- parse OpenSSL C-ares Node.js Binding Addons Application/Module(JS)
9. V8 Libuv zlib HTTP- parse OpenSSL C-ares Node.js Binding Addons - N-API Application/Module(JS)
10. Libuv
11. Libuv Uma biblioteca open-source multiplataforma com foco em I/O assincrono, desenvolvida inicialmente para o Node.js
12. Libuv • Event loop • TCP e UDP socket assíncrono • DNS assíncrono • Operações assíncronas com arquivos • Eventos de arquivos • Thread pool • Internal Process Communication (IPC) compartilhado entre os sockets • Child processes
13. Event Loop? Como Funciona o
14. Callstack • Sequência de chamadas de função que foram executadas pela linguagem - LIFO (Last-in First Out)
15. console.log(‘script start’); const isType = (value,type) => typeof value === type; const isNumber= (num) => isType(num, ‘number’) const number = isNumber(3) console.log(number) console.log(‘script stop’) CallStack console
16. console.log(‘script start’); const isType = (value,type) => typeof value === type; const isNumber= (num) => isType(num, ‘number’) const number = isNumber(3) console.log(number) console.log(‘script stop’) CallStack IsNumber IsType
17. CallStack console.log(‘script start’); const isType = (value,type) => typeof value === type; const isNumber= (num) => isType(num, ‘number’) const number = isNumber(3) console.log(number) console.log(‘script stop’) console
18. CallStack console.log(‘script start’); const isType = (value,type) => typeof value === type; const isNumber= (num) => isType(num, ‘number’) const number = isNumber(3) console.log(number) console.log(‘script stop’) console
19. Task Queue • Background Thread (Pull Thread) • Task Queue - Local onde os callbacks ficam aguardando serem chamados • Event Loop
20. console.log(‘script start’); setTimeout(( )=> console.log(“setTimeout 1’’),0); const isType = (value,type) => typeof value === type; const isNumber= (num) => isType(num, ‘number’) const number = isNumber(3); console.log(number); setTimeout(( )=> console.log(“setTimeout 2’’),0); console.log(‘script stop’); CallStack Background Thread Task Queue Event Loop console
21. console.log(‘script start’); setTimeout(( )=> console.log(“setTimeout 1’’),0); const isType = (value,type) => typeof value === type; const isNumber= (num) => isType(num, ‘number’); const number = isNumber(3); console.log(number); setTimeout(( )=> console.log(“setTimeout 2’’),0); console.log(‘script stop’); CallStack Background Thread Task Queue Event Loop setTimeout1 setTimeout 1
22. console.log(‘script start’); setTimeout(( )=> console.log(“setTimeout 1’’),0); const isType = (value,type) => typeof value === type; const isNumber= (num) => isType(num, ‘number’); const number = isNumber(3); console.log(number); setTimeout(( )=> console.log(“setTimeout 2’’),0); console.log(‘script stop’); CallStack Background Thread Task Queue Event Loop setTimeout1 IsNumber IsType
23. console.log(‘script start’); setTimeout(( )=> console.log(“setTimeout 1’’),0); const isType = (value,type) => typeof value === type; const isNumber= (num) => isType(num, ‘number’) const number = isNumber(3); console.log(number); setTimeout(( )=> console.log(“setTimeout 2’’),0); console.log(‘script stop’); CallStack Background Thread Task Queue Event Loop setTimeout1 console
24. console.log(‘script start’); setTimeout(( )=> console.log(“setTimeout 1’’),0); const isType = (value,type) => typeof value === type; const isNumber= (num) => isType(num, ‘number’) const number = isNumber(3); console.log(number); setTimeout(( )=> console.log(“setTimeout 2’’),0); console.log(‘script stop’); CallStack Background Thread Task Queue Event Loop setTimeout1 setTimeout2 setTimeout2
25. CallStack Background Thread Task Queue Event Loop setTimeout1 setTimeout2 console.log(‘script start’); setTimeout(( )=> console.log(“setTimeout 1’’),0); const isType = (value,type) => typeof value === type; const isNumber= (num) => isType(num, ‘number’) const number = isNumber(3) console.log(number) setTimeout(( )=> console.log(“setTimeout 2’’),0); console.log(‘script stop’) console
26. CallStack Background Thread Task Queue Event Loop setTimeout1 setTimeout2 setTimeout1 setTimeout2 console.log(‘script start’); setTimeout(( )=> console.log(“setTimeout 1’’),0); const isType = (value,type) => typeof value === type; const isNumber= (num) => isType(num, ‘number’); const number = isNumber(3); console.log(number); setTimeout(( )=> console.log(“setTimeout 2’’),0); console.log(‘script stop’); setTimeout1
27. CallStack Background Thread Task Queue Event Loop setTimeout2 console.log(‘script start’); setTimeout(( )=> console.log(“setTimeout 1’’),0); const isType = (value,type) => typeof value === type; const isNumber= (num) => isType(num, ‘number’); const number = isNumber(3); console.log(number); setTimeout(( )=> console.log(“setTimeout 2’’),0); console.log(‘script stop’); setTimeout2
28. Task Queue • Macro Task - São processadas pelo Event Loop • Micro Task - são programadas para executar após a execução principal do código
29. CallStack Background Thread Task Queue / MacroTask MicroTask Event Loop console.log(‘script start’); setTimeout( function ( ) { console.log(“setTimeout 1’’); },0); Promise.resolve( ).then( function ( ) { console.log(‘promise 1’); }).then( function ( ) { console.log(‘promise 2’); }) console.log(‘script stop’); console
30. CallStack Background Thread Task Queue / MacroTask MicroTask Event Loop setTimeout console.log(‘script start’); setTimeout( function ( ) { console.log(“setTimeout 1’’); },0); Promise.resolve( ).then( function ( ) { console.log(‘promise 1’); }).then( function ( ) { console.log(‘promise 2’); }) console.log(‘script stop’); setTimeout
31. CallStack Background Thread Task Queue / MacroTask MicroTask Event Loop setTimeout Promise console.log(‘script start’); setTimeout( function ( ) { console.log(“setTimeout 1’’); },0); Promise.resolve( ).then( function ( ) { console.log(‘promise 1’); }).then( function ( ) { console.log(‘promise 2’); }) console.log(‘script stop’); Promise
32. CallStack Background Thread Task Queue / MacroTask MicroTask Event Loop setTimeout Promise then Promise then console.log(‘script start’); setTimeout( function ( ) { console.log(“setTimeout 1’’); },0); Promise.resolve( ).then( function ( ) { console.log(‘promise 1’); }).then( function ( ) { console.log(‘promise 2’); }) console.log(‘script stop’); console
33. CallStack Background Thread Task Queue / MacroTask MicroTask Event Loop setTimeout Promise then console.log(‘script start’); setTimeout( function ( ) { console.log(“setTimeout 1’’); },0); Promise.resolve( ).then( function ( ) { console.log(‘promise 1’); }).then( function ( ) { console.log(‘promise 2’); }) console.log(‘script stop’); Promise then Promise then
34. CallStack Background Thread Task Queue / MacroTask MicroTask Event Loop setTimeout Promise then console.log(‘script start’); setTimeout( function ( ) { console.log(“setTimeout 1’’); },0); Promise.resolve( ).then( function ( ) { console.log(‘promise 1’); }).then( function ( ) { console.log(‘promise 2’); }) console.log(‘script stop’); Promise then
35. CallStack Background Thread Task Queue / MacroTask MicroTask Event Loop setTimeout setTimeout console.log(‘script start’); setTimeout( function ( ) { console.log(“setTimeout 1’’); },0); Promise.resolve( ).then( function ( ) { console.log(‘promise 1’); }).then( function ( ) { console.log(‘promise 2’); }) console.log(‘script stop’); setTimeout
36. Não Bloqueie o Event Loop ATT> NODE.js
37. V8
38. V8 • Projeto Open-source desenvolvida pela Google, para interpretar código javascript super performático, escrito em C++ utilizado pelo google Chrome, Node.js e afins.
39. V8 • O javascript possui pouca informação sobre quais são os tipos dos valores na sua aplicação, sendo que eles podem mudar em tempo de execução • Tipagem dinâmica pode ser um dos principais recursos da linguagem, mas também é um dos principais motivos pelos quais muitas vezes executa mais lento que linguagens estaticamente tipadas
40. Design Elements ATT> NODE.js
41. V8 - Classes Ocultas • Uma das formas para minimizar esse problema é utilizando as classes ocultas
42. function person (name, age ) { //Criando classe oculta A this.name = name; //Criando classe oculta B this.age = age; } //Utilizando classe oculta B const developer = person(‘developer’, 15); //Utilizando classe oculta B const conference = person(‘conference’, 15); //Criando e Utilizando classe oculta C developer.linguagem = “javascript”; Person Object Initial Hidden Class P0
43. function person (name, age ) { //Criando classe oculta A this.name = name; //Criando classe oculta B this.age = age; } //Utilizando classe oculta B const developer = person(‘developer’, 15); //Utilizando classe oculta B const conference = person(‘conference’, 15); //Criando e Utilizando classe oculta C developer.linguagem = “javascript”; Person Object Initial Hidden Class P0 Initial Hidden Class PA
44. Person Object Initial Hidden Class PA Initial Hidden Class PB Initial Hidden Class P0 function person (name, age ) { //Criando classe oculta A this.name = name; //Criando classe oculta B this.age = age; } //Utilizando classe oculta B const developer = person(‘developer’, 15); //Utilizando classe oculta B const conference = person(‘conference’, 15); //Criando e Utilizando classe oculta C developer.linguagem = “javascript”;
45. function person (name, age ) { //Criando classe oculta A this.name = name; //Criando classe oculta B this.age = age; } //Utilizando classe oculta B const developer = person(‘developer’, 15); //Utilizando classe oculta B const conference = person(‘conference’, 15); //Criando e Utilizando classe oculta C developer.linguagem = “javascript”; Person Object Initial Hidden Class PA Initial Hidden Class PB Initial Hidden Class P0
46. function person (name, age ) { //Criando classe oculta A this.name = name; //Criando classe oculta B this.age = age; } //Utilizando classe oculta B const developer = person(‘developer’, 15); //Utilizando classe oculta B const conference = person(‘conference’, 15); //Criando e Utilizando classe oculta C developer.linguagem = “javascript”; Person Object Initial Hidden Class PA Initial Hidden Class PB Initial Hidden Class P0
47. function person (name, age ) { //Criando classe oculta A this.name = name; //Criando classe oculta B this.age = age; } //Utilizando classe oculta B const developer = person(‘developer’, 15); //Utilizando classe oculta B const conference = person(‘conference’, 15); //Criando e Utilizando classe oculta C developer.linguagem = “javascript”; Person Object Initial Hidden Class PB Initial Hidden Class PC Initial Hidden Class PA Initial Hidden Class P0
48. Quanto mais previsíveis são os objetos menos classes ocultas serão criadas Daniel Clifford Manager and Tech Lead V8 Team, Google Chrome
49. V8 - Dynamic Machine Code Generation • Compilador Completo ◦ Inline Cache • Compilador Otimizado
50. V8 - Dynamic Code Generation http://v8-io12.appspot.com/#68
51. Pipeline V8
52. Pipeline de compilação (2010) Full- Codegen Código Não Otimizado Crankshaft Código otimizado Parser AST JavaScript Otimização Baseline Referência: TurboFan: A new code generation architecture for V8
53. V8 - Turbofan
54. TurboFan • Iniciado em 2013 • Feito para otimizar as novas features do ES6 • Otimização mais sustentável e extensível para todas as arquiteturas • O Turbofan adicionou uma fase explícita de compilação de seleção de instruções que permite escrever muito menos codigo específico para cada arquitetura
55. Full- Codegen Código Não otimizado Crankshaft Código otimizado TurboFan Parser AST JavaScript Otimização Baseline Referência: TurboFan: A new code generation architecture for V8 Pipeline de compilação (2014)
56. V8 - Ignition
57. V8 - Ignition • Redução do consumo de memória dos dispositivos móveis com 512mb-1g ram • Redução de memória • Redução do overhead do parse • Código 8x menor que o do Full-Codegen • Utiliza o Back-end do Turbofan
58. Junção do Ignition + Turbofan • TurboFan e Ignition são utilizados na versão 5.9 do V8 • Menor consumo de memória • Preocupação em otimizar códigos (BlueBird, Babel e etc) • 20-35% mais rápido pelo Speedometer • No Node.js 10%+ performance
59. Ignition Bytecode Código otimizado TurboFan Parser AST JavaScript Otimização Interpretador Referência: TurboFan: A new code generation architecture for V8 Pipeline de compilação (2017)
60. API’s Nodejs
61. MUITO O que fazer quando a aplicação necessita de processamento ou bloqueia o Event Loop ?
62. Child Process • Node foi desenvolvimento para processos que necessitam de muito I/O • Pode ajudar a externalizar o uso intensivo de CPU da sua single Thread do Node.js
63. Child Process • Deixa o event Loop do processo pai mais limpo • Cria um processo filho, ouve e controla • Exec() e Spawn() ◦ Exec executa em buffer ◦ Spawn cria um novo processo e retorna uma interface de stream pelo I/O
64. Não bloqueie o event loop, crie um Child Process V8
65. MÚLTIPLOS NÚCLEOS Possuo um processador porém o node.js utiliza apenas uma única Thread
66. • Uma única instância do node é executada numa single Thread • Uma das vantagens de ter um processador de múltiplos núcleos é que às vezes ele pode ser executado em clusters • O Node.js se encarrega de executar e balancear a carga para cada processo Cluster
69. Conclusão
71. Obrigado xD
72. Referências Estrutura interna Node.js - https://nodejs.org/en/docs/meta/topics/dependencies/ Libuv - http://docs.libuv.org/en/v1.x/design.html Event Loop - http://latentflip.com/loupe/ - https://jakearchibald.com/2015/tasks-microtasks-queues-and-schedules/ - https://blog.risingstack.com/node-js-at-scale-understanding-node-js-event-loop/ - https://nodejs.org/en/docs/guides/event-loop-timers-and-nexttick/ - http://walde.co/2016/11/27/node-js-o-que-e-esse-event-loop-afinal/ - https://www.youtube.com/watch?v=8aGhZQkoFbQ - https://www.youtube.com/watch?v=va8-xdxTywU
73. Referências V8 - https://www.html5rocks.com/en/tutorials/speed/v8/ - http://developers.scup.com/otimizando-seu-javascript-no-v8-node-js/ - https://github.com/v8/v8/wiki/Design%20Elements - https://www.youtube.com/watch?v=UJPdhx5zTaw - Turbofan - https://www.youtube.com/watch?v=M1FBosB5tjM Child Process - https://nodejs.org/api/child_process.html Cluster - https://nodejs.org/api/cluster.html - http://rowanmanning.com/posts/node-cluster-and-express/
74. Centro Av. Presidente Wilson, 231 - 29º andar (21) 2240-2030 Cidade Monções Av. Nações Unidas, 11.541 - 3º andar (11) 4119-0449 Savassi Av. Getúlio Vargas, 671 Sala 800 - 8º andar (31) 3360-8900 www.concrete.com.br Centro Av. Presidente Wilson, 231 - 29º andar (21) 2240-2030 Cidade Monções Av. Nações Unidas, 11.541 - 3º andar (11) 4119-0449 Savassi Av. Getúlio Vargas, 671 Sala 800 - 8º andar (31) 3360-8900 www.concrete.com.br