Node.js ObjectWrap 的弱引用问题

前言：最近在写 Node.js Addon 的过程中，遇到了一个问题，然后发现是 ObjectWrap 弱引用导致的，本文介绍一下具体的问题和排查过程，以及 ObjectWrap 的使用问题。

ObjectWrap 用于写 Addon 的时候导出 C++ 对象给 JS 层使用，大致用法如下。首先定义一个 C++ 类。

class Demo: public node::ObjectWrap {
     public:
         static void create(const FunctionCallbackInfo<Value>& args) {
                    new Demo(args.This());
         }
         Demo(Local<Object> object): node::ObjectWrap() {}
     private:
        uv_timer_t timer;

};

然后导出这个类到 JS。

void Initialize(
  Local<Object> exports,
  Local<Value> module,
  Local<Context> context
) {
  Isolate *isolate = context->GetIsolate();
  Local<FunctionTemplate> demo = FunctionTemplate::New(isolate, Demo::create);
  char * str = "Demo";
  Local<String> name = String::NewFromUtf8(isolate, str, NewStringType::kNormal, strlen(str)).ToLocalChecked();
  demo->InstanceTemplate()->SetInternalFieldCount(1);
  exports->Set(context, name, demo->GetFunction(context).ToLocalChecked()).Check();

}

NODE_MODULE_CONTEXT_AWARE(NODE_GYP_MODULE_NAME, Initialize)

然后在 JS 通过以下方式调用。

const { Demo } = require('demo.node');

const demo = new Demo();

可以看到 C++ Demo 类中有一个 uv_timer_t 成员。主要用来定时去抓取 V8 堆快照，所以把它注册到 Libuv 中。

uv_timer_init(loop, &timer);

uv_timer_start(&timer, timer_cb, 1000, 1000);

然后使用的过程中我们发现，定时器随机触发了几次后，就不触发了。经过多种测试无果后，我不得不编译一个 debug 版本的 Node.js 进行单步调试，然后就发现了有意思的事情。第一次进入 poll io 阶段时，一切正常，1 秒后超时。

但是后面再次进入 poll io 阶段时，诡异的事情发生了。

超时时间变成了一个很大的数字，正常来说，我设置的每隔一秒超时一次，这里应该是 1才对，为什么会出现一个诡异的数字呢。思考了一下，猜想是这块内存被释放了，然后里面保存了一些脏数据，接着我给 Demo 类加了个析构函数。

~Demo() {
  LOG("dead");

}

然后发现，这个类对象居然被析构了。通过栈追踪发现逻辑来自于 ObjectWrap 的 WeakCallback。

WeakCallback 的代码如下。

static void WeakCallback(const v8::WeakCallbackInfo<ObjectWrap>& data) {
   ObjectWrap* wrap = data.GetParameter();
   wrap->handle_.Reset();
   delete wrap;

}

delete wrap 就是 delete 了 Demo 对象。而这个 WeakCallback 的源头来自 ObjectWrap 的 MakeWeak。

inline void MakeWeak() {
    persistent().SetWeak(this, WeakCallback, v8::WeakCallbackType::kParameter);
}

这个 MakeWeak 又来源于 Wrap。

inline void Wrap(v8::Local<v8::Object> handle) {
    // 关联 C++ 对象和 Demo 对象
    handle->SetAlignedPointerInInternalField(0, this);
    persistent().Reset(v8::Isolate::GetCurrent(), handle);
    MakeWeak();

}

Wrap 是创建 Demo 对象时调用的函数。用于关联 JS 层对象和 C++ 对象，关系如下。

所以 JS 创建一个 Demo 对象的时候，就会指向一个 C++ 对象，然后 Demo 对象也有个持久句柄指向这个 C++ 对象。但是它默认情况下调用了 MakeWeak，也就是弱引用。而 JS 层在创建完 Demo 对象后就离开了作用域，因为 JS 模块是被函数包裹起来的，执行完变量就被 gc了，除非通过 module.exports 或全局变量保持对 C++ 对象的引用。所以就导致了 C++ 对象最终被 Demo 对象以弱引用的方式引用着，等待 gc 的时候被回收。这里又引出了另一个问题，当我把抓取快照的代码改成一些简单的代码时，并不容易触发这个问题，原因在于它没有触发 gc。后来我尝试在 JS 层分配一些内存，最终也成功触发了这个问题，因为下面的代码会导致 gc。而 gc 的时候就把 C++ 对象回收了。

setInterval(() => {
    Buffer.from('x'.repeat('10'))

},3000)

这个问题的解决方式就是调用 ObjectWrap 的 Ref 函数消除弱引用（或者在 JS 层保持对这个对象的引用）。

virtual void Ref() {
    persistent().ClearWeak();
    refs_++;
}

回过头来看看 Node.js 中另一个类似功能的类 BaseObject。

BaseObject::BaseObject(Environment* env, v8::Local<v8::Object> object)
    : persistent_handle_(env->isolate(), object), env_(env) {
  object->SetAlignedPointerInInternalField(BaseObject::kSlot, static_cast<void*>(this));

}

它并没有设置弱引用的逻辑。所以在 Node.js 的 C++ 模块里，我们也看不到主动调用 Ref 的代码。这或许是使用 ObjectWrap 时需要注意的问题。

总结：大致分析了 ObjectWrap 相关的这个问题，但是其实排查过程比描述的繁琐和困难，主要是一开始没有用 debug 版本的 Node.js 进行调试，把排查聚焦在打快照的地方了，因为那里涉及了多线程操作同一个 isolate，所以以为是 V8 API 使用方式的问题。总的来说，如果碰到 Node.js 诡异的一些问题，不妨打个 debug 版本的 Node.js 进行调试，可能会更快地找到问题，从中也能学到很多东西。