什么是Node.js？Node.js詳細(xì)介紹

2019-11-20 15:00:06

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供稿：網(wǎng)友

簡介

如果您聽說過 Node，或者閱讀過一些文章，宣稱 Node 是多么多么的棒，那么您可能會(huì)想：“Node 究竟是什么東西？”盡管不是針對(duì)所有人的，但 Node 可能是某些人的正確選擇。

為試圖解釋什么是 Node.js，本文探究了它能解決的問題，它如何工作，如何運(yùn)行一個(gè)簡單應(yīng)用程序，最后，Node 何時(shí)是和何時(shí)不是一個(gè)好的解決方案。本文不涉及如何編寫一個(gè)復(fù)雜的 Node 應(yīng)用程序，也不是一份全面的 Node 教程。閱讀本文應(yīng)該有助于您決定是否應(yīng)該學(xué)習(xí) Node，以便將其用于您的業(yè)務(wù)。

Node 旨在解決什么問題？

Node 公開宣稱的目標(biāo)是 “旨在提供一種簡單的構(gòu)建可伸縮網(wǎng)絡(luò)程序的方法”。當(dāng)前的服務(wù)器程序有什么問題？我們來做個(gè)數(shù)學(xué)題。在 Java™ 和 PHP 這類語言中，每個(gè)連接都會(huì)生成一個(gè)新線程，每個(gè)新線程可能需要 2 MB 配套內(nèi)存。在一個(gè)擁有 8 GB RAM 的系統(tǒng)上，理論上最大的并發(fā)連接數(shù)量是 4,000 個(gè)用戶。隨著您的客戶端基礎(chǔ)的增長，您希望您的 web 應(yīng)用程序支持更多用戶，這樣，您必須添加更多服務(wù)器。當(dāng)然，這會(huì)增加業(yè)務(wù)成本，尤其是服務(wù)器成本、運(yùn)輸成本和人工成本。除這些成本上升外，還有一個(gè)技術(shù)問題：用戶可能針對(duì)每個(gè)請(qǐng)求使用不同的服務(wù)器，因此，任何共享資源都必須在所有服務(wù)器之間共享。例如，在 Java 中，靜態(tài)變量和緩存需要在每個(gè)服務(wù)器上的 JVMs 之間共享。這就是整個(gè) web 應(yīng)用程序架構(gòu)中的瓶頸：一個(gè)服務(wù)器能夠處理的并發(fā)連接的最大數(shù)量。

Node 解決這個(gè)問題的方法是：更改連接連接到服務(wù)器的方式。每個(gè)連接都創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程，該進(jìn)程不需要配套內(nèi)存塊，而不是為每個(gè)連接生成一個(gè)新的 OS 線程（并向其分配一些配套內(nèi)存）。Node 聲稱它絕不會(huì)死鎖，因?yàn)樗静辉试S使用鎖，它不會(huì)直接阻塞 I/O 調(diào)用。Node 還宣稱，運(yùn)行它的服務(wù)器能支持?jǐn)?shù)萬個(gè)并發(fā)連接。事實(shí)上，Node 通過將整個(gè)系統(tǒng)中的瓶頸從最大連接數(shù)量更改到單個(gè)系統(tǒng)的流量來改變服務(wù)器面貌。

現(xiàn)在您有了一個(gè)能處理數(shù)萬條并發(fā)連接的程序，那么您能通過 Node 實(shí)際構(gòu)建什么呢？如果您有一個(gè) web 應(yīng)用程序需要處理這么多連接，那將是一件很 “恐怖” 的事！那是一種 “如果您有這個(gè)問題，那么它根本不是問題” 的問題。在回答上面的問題之前，我們先看看 Node 如何工作以及它被設(shè)計(jì)的如何運(yùn)行。

Node 肯定不是什么

沒錯(cuò)，Node 是一個(gè)服務(wù)器程序。但是，它肯定不像 Apache 或 Tomcat。那些服務(wù)器是獨(dú)立服務(wù)器產(chǎn)品，可以立即安裝并部署應(yīng)用程序。通過這些產(chǎn)品，您可以在一分鐘內(nèi)啟動(dòng)并運(yùn)行一個(gè)服務(wù)器。Node 肯定不是這種產(chǎn)品。Apache 能添加一個(gè) PHP 模塊來允許開發(fā)人員創(chuàng)建動(dòng)態(tài) web 頁，使用 Tomcat 的程序員能部署 JSPs 來創(chuàng)建動(dòng)態(tài) web 頁。Node 肯定不是這種類型。

在 Node 的早期階段（當(dāng)前是 version 0.4.6），它還不是一個(gè) “運(yùn)行就緒” 的服務(wù)器程序，您還不能安裝它，向其中放置文件，擁有一個(gè)功能齊全的 web 服務(wù)器。即使是要實(shí)現(xiàn) web 服務(wù)器在安裝完成后啟動(dòng)并運(yùn)行這個(gè)基本功能，也還需要做大量工作。

Node 如何工作

Node 本身運(yùn)行 V8 JavaScript。等等，服務(wù)器上的 JavaScript？沒錯(cuò)，您沒有看錯(cuò)。服務(wù)器端 JavaScript 是一個(gè)相對(duì)較新的概念，這個(gè)概念是大約兩年前在 developerWorks 上討論 Aptana Jaxer 產(chǎn)品時(shí)提到的（參見參考資料）。盡管 Jaxer 一直沒有真正流行，但這個(gè)理念本身并不是遙不可及的 ― 為何不能在服務(wù)器上使用客戶機(jī)上使用的編程語言？

什么使 V8？V8 JavaScript 引擎是 Google 用于他們的 Chrome 瀏覽器的底層 JavaScript 引擎。很少有人考慮 JavaScript 在客戶機(jī)上實(shí)際做了些什么？實(shí)際上，JavaScript 引擎負(fù)責(zé)解釋并執(zhí)行代碼。使用 V8，Google 創(chuàng)建了一個(gè)以 C++ 編寫的超快解釋器，該解釋器擁有另一個(gè)獨(dú)特特征；您可以下載該引擎并將其嵌入任何應(yīng)用程序。它不僅限于在一個(gè)瀏覽器中運(yùn)行。因此，Node 實(shí)際上使用 Google 編寫的 V8 JavaScript 引擎并將其重建為在服務(wù)器上使用。太完美了！既然已經(jīng)有一個(gè)不錯(cuò)的解決方案可用，為何還要?jiǎng)?chuàng)建一種新語言呢？

事件驅(qū)動(dòng)編程

許多程序員接受的教育使他們認(rèn)為，面向?qū)ο缶幊淌峭昝赖木幊淘O(shè)計(jì)，而對(duì)其他編程方法不屑一顧。Node 使用一個(gè)所謂的事件驅(qū)動(dòng)編程模型。

清單 1. 客戶端上使用 jQuery 的事件驅(qū)動(dòng)編程

復(fù)制代碼代碼如下:

// jQuery code on the client-side showing how Event-Driven programming works

// When a button is pressed, an Event occurs - deal with it
// directly right here in an anonymous function, where all the
// necessary variables are present and can be referenced directly
$("#myButton").click(function(){
     if ($("#myTextField").val() != $(this).val())
         alert("Field must match button text");
});

實(shí)際上，服務(wù)器端和客戶端沒有任何區(qū)別。沒錯(cuò)，這沒有按鈕點(diǎn)擊操作，也沒有向文本字段鍵入的操作，但在一個(gè)更高的層面上，事件正在發(fā)生。一個(gè)連接被建立 ― 事件！數(shù)據(jù)通過連接接收 ― 事件！數(shù)據(jù)通過連接停止 ― 事件！

為什么這種設(shè)置類型對(duì) Node 很理想？JavaScript 是一種很棒的事件驅(qū)動(dòng)編程語言，因?yàn)樗试S匿名函數(shù)和閉包，更重要的是，任何寫過代碼的人都熟悉它的語法。事件發(fā)生時(shí)調(diào)用的回調(diào)函數(shù)可以在捕獲事件處編寫。這樣，代碼容易編寫和維護(hù)，沒有復(fù)雜的面向?qū)ο罂蚣埽瑳]有接口，沒有在上面架構(gòu)任何內(nèi)容的潛能。只需監(jiān)聽事件，編寫一個(gè)回調(diào)函數(shù)，然后，事件驅(qū)動(dòng)編程將照管好一切！

示例 Node 應(yīng)用程序

最后，我們來看一些代碼！讓我們將討論過的所有內(nèi)容綜合起來，創(chuàng)建我們的第一個(gè) Node 應(yīng)用程序。由于我們已經(jīng)知道，Node 對(duì)于處理高流量應(yīng)用程序很理想，我們就來創(chuàng)建一個(gè)非常簡單的 web 應(yīng)用程序 ― 一個(gè)為實(shí)現(xiàn)最大速度而構(gòu)建的應(yīng)用程序。下面是 “老板” 交代的關(guān)于我們的樣例應(yīng)用程序的具體要求：創(chuàng)建一個(gè)隨機(jī)數(shù)字生成器 RESTful API。這個(gè)應(yīng)用程序應(yīng)該接受一個(gè)輸入：一個(gè)名為 “number” 的參數(shù)。然后，應(yīng)用程序返回一個(gè)介于 0 和該參數(shù)之間的隨機(jī)數(shù)字，并將生成的數(shù)字返回調(diào)用者。由于 “老板” 希望它成為一個(gè)廣泛流行的應(yīng)用程序，因此它應(yīng)該能處理 50,000 個(gè)并發(fā)用戶。我們來看看代碼：

清單 2. Node 隨機(jī)數(shù)字生成器

復(fù)制代碼代碼如下:

// these modules need to be imported in order to use them.
// Node has several modules.  They are like any #include
// or import statement in other languages
var http = require("http");
var url = require("url");

// The most important line in any Node file.  This function
// does the actual process of creating the server.  Technically,
// Node tells the underlying operating system that whenever a
// connection is made, this particular callback function should be
// executed.  Since we're creating a web service with REST API,
// we want an HTTP server, which requires the http variable
// we created in the lines above.
// Finally, you can see that the callback method receives a 'request'
// and 'response' object automatically.  This should be familiar
// to any PHP or Java programmer.
http.createServer(function(request, response) {

     // The response needs to handle all the headers, and the return codes
     // These types of things are handled automatically in server programs
     // like Apache and Tomcat, but Node requires everything to be done yourself
     response.writeHead(200, {"Content-Type": "text/plain"});

     // Here is some unique-looking code.  This is how Node retrives
     // parameters passed in from client requests.  The url module
     // handles all these functions.  The parse function
     // deconstructs the URL, and places the query key-values in the
     // query object.  We can find the value for the "number" key
     // by referencing it directly - the beauty of JavaScript.
     var params = url.parse(request.url, true).query;
     var input = params.number;

     // These are the generic JavaScript methods that will create
     // our random number that gets passed back to the caller
     var numInput = new Number(input);
     var numOutput = new Number(Math.random() * numInput).toFixed(0);

     // Write the random number to response
     response.write(numOutput);

     // Node requires us to explicitly end this connection.  This is because
     // Node allows you to keep a connection open and pass data back and forth,
     // though that advanced topic isn't discussed in this article.
     response.end();

   // When we create the server, we have to explicitly connect the HTTP server to
   // a port.  Standard HTTP port is 80, so we'll connect it to that one.
}).listen(80);

// Output a String to the console once the server starts up, letting us know everything
// starts up correctly
console.log("Random Number Generator Running...");

將上面的代碼放到一個(gè)名為 “random.js” 的文件中。現(xiàn)在，要啟動(dòng)這個(gè)應(yīng)用程序并運(yùn)行它（進(jìn)而創(chuàng)建 HTTP 服務(wù)器并監(jiān)聽端口 80 上的連接），只需在您的命令提示中輸入以下命令：% node random.js。下面是服務(wù)器已經(jīng)啟動(dòng)并運(yùn)行時(shí)它看起來的樣子：

復(fù)制代碼代碼如下:

root@ubuntu:/home/moila/ws/mike# node random.js
Random Number Generator Running...

訪問應(yīng)用程序

應(yīng)用程序已經(jīng)啟動(dòng)并運(yùn)行。Node 正在監(jiān)聽任何連接，我們來測試一下。由于我們創(chuàng)建了一個(gè)簡單的 RESTful API，我們可以使用我們的 web 瀏覽器來訪問這個(gè)應(yīng)用程序。鍵入以下地址（確保您完成了上面的步驟）：http://localhost/?number=27。

您的瀏覽器窗口將更改到一個(gè)介于 0 到 27 之間的隨機(jī)數(shù)字。單擊瀏覽器上的 “重新載入” 按鈕，將得到另一個(gè)隨機(jī)數(shù)字。就是這樣，這就是您的第一個(gè) Node 應(yīng)用程序！

Node 對(duì)什么有好處？

到此為止，應(yīng)該能夠回答 “Node 是什么” 這個(gè)問題了，但您可能還不清楚什么時(shí)候應(yīng)該使用它。這是一個(gè)需要提出的重要問題，因?yàn)?Node 對(duì)有一些東西有好處，但相反，對(duì)另一些東西而言，目前 Node 可能不是一個(gè)好的解決方案。您需要小心決定何時(shí)使用 Node，因?yàn)樵阱e(cuò)誤的情況下使用它可能會(huì)導(dǎo)致一個(gè)多余編碼的 LOT。

它對(duì)什么有好處？

正如您此前所看到的，Node 非常適合以下情況：您預(yù)計(jì)可能有很高的流量，而在響應(yīng)客戶端之前服務(wù)器端邏輯和處理所需不一定是巨大的。Node 表現(xiàn)出眾的典型示例包括：

1.RESTful API

提供 RESTful API 的 web 服務(wù)接收幾個(gè)參數(shù)，解析它們，組合一個(gè)響應(yīng)，并返回一個(gè)響應(yīng)（通常是較少的文本）給用戶。這是適合 Node 的理想情況，因?yàn)槟梢詷?gòu)建它來處理數(shù)萬條連接。它還不需要大量邏輯；它只是從一個(gè)數(shù)據(jù)庫查找一些值并組合一個(gè)響應(yīng)。由于響應(yīng)是少量文本，入站請(qǐng)求時(shí)少量文本，因此流量不高，一臺(tái)機(jī)器甚至也可以處理最繁忙的公司的 API 需求。

2.Twitter 隊(duì)列

想像一下像 Twitter 這樣的公司，它必須接收 tweets 并將其寫入一個(gè)數(shù)據(jù)庫。實(shí)際上，每秒幾乎有數(shù)千條 tweets 達(dá)到，數(shù)據(jù)庫不可能及時(shí)處理高峰時(shí)段需要的寫入數(shù)量。Node 成為這個(gè)問題的解決方案的重要一環(huán)。如您所見，Node 能處理數(shù)萬條入站 tweets。它能迅速輕松地將它們寫入一個(gè)內(nèi)存排隊(duì)機(jī)制（例如 memcached），另一個(gè)單獨(dú)進(jìn)程可以從那里將它們寫入數(shù)據(jù)庫。Node 在這里的角色是迅速收集 tweet 并將這個(gè)信息傳遞給另一個(gè)負(fù)責(zé)寫入的進(jìn)程。想象一下另一種設(shè)計(jì) ― 一個(gè)常規(guī) PHP 服務(wù)器自己試圖處理對(duì)數(shù)據(jù)庫的寫入 ― 每個(gè) tweet 將在寫入數(shù)據(jù)庫時(shí)導(dǎo)致一個(gè)短暫的延遲，這是因?yàn)閿?shù)據(jù)庫調(diào)用正在阻塞通道。由于數(shù)據(jù)庫延遲，一臺(tái)這樣設(shè)計(jì)的機(jī)器每秒可能只能處理 2000 條入站 tweets。每秒 100 萬條 tweets 需要 500 個(gè)服務(wù)器。相反，Node 能處理每個(gè)連接而不會(huì)阻塞通道，從而能捕獲盡可能多的 tweets。一個(gè)能處理 50,000 條 tweets 的 Node 機(jī)器只需要 20 個(gè)服務(wù)器。

3.映像文件服務(wù)器

一個(gè)擁有大型分布式網(wǎng)站的公司（比如 Facebook 或 Flickr）可能會(huì)決定將所有機(jī)器只用于服務(wù)映像。Node 將是這個(gè)問題的一個(gè)不錯(cuò)的解決方案，因?yàn)樵摴灸苁褂盟帉懸粋€(gè)簡單的文件檢索器，然后處理數(shù)萬條連接。Node 將查找映像文件，返回文件或一個(gè) 404 錯(cuò)誤，然后什么也不用做。這種設(shè)置將允許這類分布式網(wǎng)站減少它們服務(wù)映像、.js 和 .css 文件等靜態(tài)文件所需的服務(wù)器數(shù)量。

它對(duì)什么有壞處？

當(dāng)然，在某些情況下，Node 并非理想選擇。下面是 Node 不擅長的領(lǐng)域：

1.動(dòng)態(tài)創(chuàng)建的頁

目前，Node 沒有提供一種默認(rèn)方法來創(chuàng)建動(dòng)態(tài)頁。例如，使用 JavaServer Pages (JSP) 技術(shù)時(shí)，可以創(chuàng)建一個(gè)在這樣的 JSP 代碼段中包含循環(huán)的 index.jsp 頁。Node 不支持這類動(dòng)態(tài)的、HTML 驅(qū)動(dòng)的頁面。同樣，Node 不太適合作為 Apache 和 Tomcat 這樣的網(wǎng)頁服務(wù)器。因此，如果您想在 Node 中提供這樣一個(gè)服務(wù)器端解決方案，必須自己編寫整個(gè)解決方案。PHP 程序員不想在每次部署 web 應(yīng)用程序時(shí)都編寫一個(gè)針對(duì) Apache 的 PHP 轉(zhuǎn)換器，當(dāng)目前為止，這正是 Node 要求您做的。

2. 關(guān)系數(shù)據(jù)庫重型應(yīng)用程序

Node 的目的是快速、異步和非阻塞。數(shù)據(jù)庫并不一定分享這些目標(biāo)。它們是同步和阻塞的，因?yàn)樽x寫時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)庫的調(diào)用在結(jié)果生成之前將一直阻塞通道。因此，一個(gè)每個(gè)請(qǐng)求都需要大量數(shù)據(jù)庫調(diào)用、大量讀取、大量寫入的 web 應(yīng)用程序非常不適合 Node，這是因?yàn)殛P(guān)系數(shù)據(jù)庫本身就能抵銷 Node 的眾多優(yōu)勢。（新的 NoSQL 數(shù)據(jù)庫更適合 Node，不過那完全是另一個(gè)主題了。）

結(jié)束語

問題是 “什么是 Node.js?” 應(yīng)該已經(jīng)得到解答。閱讀本文之后，您應(yīng)該能通過幾個(gè)清晰簡潔的句子回答這個(gè)問題。如果這樣，那么您已經(jīng)走到了許多編碼員和程序員的前面。我和許多人都談?wù)撨^ Node，但它們對(duì) Node 究竟是什么一直很迷惑。可以理解，他們具有的是 Apache 的思維方式 ― 服務(wù)器是一個(gè)應(yīng)用程序，將 HTML 文件放入其中，一切就會(huì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。而 Node 是目的驅(qū)動(dòng)的。它是一個(gè)軟件程序，使用 JavaScript 來允許程序員輕松快速地創(chuàng)建快速、可伸縮的 web 服務(wù)器。Apache 是運(yùn)行就緒的，而 Node 是編碼就緒的。

Node 完成了它提供高度可伸縮服務(wù)器的目標(biāo)。它并不分配一個(gè) “每個(gè)連接一個(gè)線程” 模型，而是使用一個(gè) “每個(gè)連接一個(gè)流程” 模型，只創(chuàng)建每個(gè)連接需要的內(nèi)存。它使用 Google 的一個(gè)非常快速的 JavaScript 引擎：V8 引擎。它使用一個(gè)事件驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)來保持代碼最小且易于閱讀。所有這些因素促成了 Node 的理想目標(biāo) ― 編寫一個(gè)高度可伸縮的解決方案變得比較容易。

與理解 Node 是什么同樣重要的是，理解它不是什么。Node 并不是 Apache 的一個(gè)替代品，后者旨在使 PHP web 應(yīng)用程序更容易伸縮。事實(shí)確實(shí)如此。在 Node 的這個(gè)初始階段，大量程序員使用它的可能性不大，但在它能發(fā)揮作用的場景中，它的表現(xiàn)非常好。

將來應(yīng)該期望從 Node 得到什么呢？這也許是本文引出的最重要的問題。既然您知道了它現(xiàn)在的作用，您應(yīng)該會(huì)想知道它下一步將做什么。在接下來的一年中，我期待著 Node 提供與現(xiàn)有的第三方支持庫更好地集成。現(xiàn)在，許多第三方程序員已經(jīng)研發(fā)了用于 Node 的插件，包括添加文件服務(wù)器支持和 MySQL 支持。希望 Node 開始將它們集成到其核心功能中。最后，我還希望 Node 支持某種動(dòng)態(tài)頁面模塊，這樣，您就可以在 HTML 文件中執(zhí)行在 PHP 和 JSP（也許是一個(gè) NSP，一個(gè) Node 服務(wù)器頁）中所做的操作。最后，希望有一天會(huì)出現(xiàn)一個(gè) “部署就緒” 的 Node 服務(wù)器，可以下載和安裝，只需將您的 HTML 文件放到其中，就像使用 Apache 或 Tomcat 那樣。Node 現(xiàn)在還處于初始階段，但它發(fā)展得很快，可能不久就會(huì)出現(xiàn)在您的視野中。

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