Node.js技术原理分析系列——如何在Node.js中新增一个内置模块

本文由体验技术团队曹杨毅原创。

Node.js 是一个开源的、跨平台的JavaScript运行时环境，它允许开发者在服务器端运行JavaScript代码。Node.js 是基于Chrome V8引擎构建的，专为高性能、高并发的网络应用而设计，广泛应用于构建服务器端应用程序、网络应用、命令行工具等。

本系列将分为9篇文章为大家介绍 Node.js 技术原理：从调试能力分析到内置模块新增，从性能分析工具 perf_hooks 的用法到 Chrome DevTools 的性能问题剖析，再到 ABI 稳定的理解、基于 V8 封装 JavaScript 运行时、模块加载方式探究、内置模块外置以及 Node.js addon 的全面解读等主题，每一篇都干货满满。

本文内容为本系列第2篇，以下为正文内容。

前言

作为 Node.js 的使用者，想必同学们对"内置模块"这个概念并不陌生：Node.js 内置模块也叫核心模块，预置在 Node.js 运行时中，这些内置模块不需要额外下载安装，可以在 js 代码中通过 require 引入。

常用的内置模块包括 fs、http 等

const fs = require("fs"); const http = require("http"); const url = require("url"); 

对于这些天天使用的功能，大家有没有好奇过它们是怎么开发出来的呢？

为了更好地了解 Node.js 的底层实现，我把这套流程自己走了一遍。这里可以跟大家分享一下：如何基于 Node.js 开源代码定制开发，添加一组新的内置模块。

所有复杂的功能都是建立在简单的基础之上的，因此我们用作演示的这组内置模块不需要太复杂。我们就实现一个往标准输出流输出信息的功能吧，类似于 console.log() 功能。

我们要实现的效果是这样的：我们的内置模块开发完成之后，我们可以通过这样的一段 js 代码对它进行调用

const my_console = require("my_console"); class a { constructor() { this.a = 1; } } let b = new a(); arr = [1, 2, 3, 4, 5]; my_console.log("Hello World!", 111111, b, arr); 

调用的结果是这样的

实现步骤

1、编写核心源码

我们选用 Node.js 22.7.0 源码进行改造，在 Node.js 的 src 文件夹下新增一个源码文件 my_console.cc，在这个文件中编写我们的 C++ 业务代码，实现我们上面提到的功能。

首先引入我们所需要使用的头文件。

为了让我们的程序具备一定的跨平台能力，我们在这里还写了一些条件编译宏，根据平台的不同而使用不同的头文件。

#include "env-inl.h" #include "node_external_reference.h" #include "string_bytes.h" #ifdef __MINGW32__ # include <io.h> #endif // __MINGW32__ #ifdef __POSIX__ # include <climits> // PATH_MAX on Solaris. #endif // __POSIX__ #include <array> #include <cerrno> #include <cstring> 

在编写业务代码之前，我们需要先定义一个命名空间（嵌套在 node 命名空间下，Node.js 里面现有的内置模块普遍遵循这个习惯）

namespace node { namespace my_console { 

由于我们要使用一些来自其他命名空间的数据类型，所以我们将它们引入进来

using v8::Array; usingv8::ArrayBuffer; usingv8::Boolean; usingv8::Context; usingv8::Float64Array; usingv8::FunctionCallbackInfo; usingv8::Int32; usingv8::Integer; usingv8::Isolate; usingv8::Local; 

定义输出内容到控制台的函数 Log ，并且在函数中初始化我们要输出到控制台的字符串 str

static void Log(const FunctionCallbackInfo<Value>& args) { Isolate* isolate = args.GetIsolate(); Local<Context> context = isolate->GetCurrentContext(); std::string str = ""; 

接下来是实现函数的内容：根据入参类型的不同，进行相应的处理，最后将其格式化输出到控制台

 for(int i = 0; i < args.Length(); i++) { Local<Value> arg = args[i]; if(arg.IsEmpty()) { str += "undefined"; } elseif(arg->IsNull()) { str += "null"; } elseif(arg->IsTrue()) { str += "true"; } elseif(arg->IsFalse()) { str += "false"; } elseif(arg->IsInt32()) { str += std::to_string(arg->Int32Value(context).ToChecked()); } elseif(arg->IsNumber()) { str += std::to_string(arg->NumberValue(context).ToChecked()); } elseif(arg->IsString()) { String::Utf8Valuevalue(isolate, arg); str += *value; } elseif(arg->IsArray()) { Local<Array> array = Local<Array>::Cast(arg); str += "["; for(int i = 0; i < array->Length(); i++) { if(i > 0) { str += ", "; } Local<Value> element = array->Get(context, i).ToLocalChecked(); if(element->IsInt32()) { str += std::to_string(element->Int32Value(context).ToChecked()); } elseif(element->IsNumber()) { str += std::to_string(element->NumberValue(context).ToChecked()); } elseif(element->IsString()) { String::Utf8Valuevalue(isolate, element); str += *value; } } str += "]"; } elseif(arg->IsObject()) { v8::Local<v8::String> tmp = v8::JSON::Stringify(context, arg).ToLocalChecked(); v8::String::Utf8Valuevalue(isolate, tmp); str += *value; } } 

接下来就是我们的输出语句，这里我们多打印一些东西，把参数个数和内容都给打印出来

int length = args.Length(); printf("Number of arguments: %d\n", length); printf("content: %s\n", str.c_str()); } 

最后我们把 Initialize 和 RegisterExternalReferences 这 2 个函数实现出来，要注册一个模块必须要有这 2 个函数。

都是一些模板化的代码了，照着原有的模块复制一份进行修改就行

void Initialize(Local<Object> target, Local<Value> unused, Local<Context> context, void* priv) { Environment* env = Environment::GetCurrent(context); SetMethod(context, target, "log", Log); target ->Set(context, FIXED_ONE_BYTE_STRING(env->isolate(), "isBigEndian"), Boolean::New(env->isolate(), IsBigEndian())) .Check(); } voidRegisterExternalReferences(ExternalReferenceRegistry* registry) { registry->Register(Log); } } // namespace my_console } // namespace node NODE_BINDING_CONTEXT_AWARE_INTERNAL(my_console, node::my_console::Initialize) NODE_BINDING_EXTERNAL_REFERENCE(my_console, node::my_console::RegisterExternalReferences) 

现在核心的源码文件已经处理完成，接下来处理一些外围的文件。

2、处理外围文件

为了让模块能正确注册，我们需要改 NODE_BUILTIN_STANDARD_BINDINGS 这个宏，把我们新增的模块也填进去

src/node_binding.cc

#define NODE_BUILTIN_STANDARD_BINDINGS(V) \ V(async_context_frame) \ // ...... 为节省篇幅，省略中间内容 V(worker) \ V(zlib) \ V(my_console) // 新增 my_console 

所有的内置模块都会在 C++ 的基础上加一个 js 的封装层（哪怕你不需要封装任何操作），这样它才能被用户以 require 语句导入，这个步骤我们也不能省略。

lib/my_console.js

'use strict'; const my_console = internalBinding('my_console'); module.exports = { log: my_console.log }; 

改完代码文件之后，最后还要修改构建配置文件。在 node_sources 字段中添加一项：'src/my_console.cc' 。只有这样做，我们新增的这个源码才会被编到 node 里面。

node.gyp

'src/tty_wrap.cc', 'src/udp_wrap.cc', 'src/util.cc', 'src/uv.cc', 'src/my_console.cc', # 新增这一项 

到这里，涉及的 4 个文件均已完成新增/修改。

编译

编译环境： ubuntu 22.04 x64

编译命令：

./configure make make install 

验证结果

执行测试文件

node mytest/test.js 

测试成功

完整代码

完整的修改内容可以查看这个 commit： https://github.com/caoyangyicn/my_console/commit/17b418a4daedd3639116fcc9ea1afcdadc1964d5

下一节，我们将讲解 Node.js 的 perf_hooks 模块作用和用法，请大家持续关注本系列内容~学习完本系列，你将获得：

• 提升调试与性能优化能力
• 深入理解模块化与扩展机制
• 探索底层技术与定制化能力

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