Node.js 是什麼

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Node.js 是什麼

一個 “編碼就緒” 伺服器

Node 是一個伺服器端 JavaScript 解譯器，它將改變伺服器應該如何工作的概念。它的目標是協助程式員構建高度可伸縮的應用程式，編寫能夠處理數萬條同時串連到一個（只有一個）物理機的串連代碼。

 

Node 旨在解決什麼問題？

Node 公開宣稱的目標是 “旨在提供一種簡單的構建可伸縮網路程式的方法”。當前的伺服器程式有什麼問題？我們來做個數學題。在 Java? 和 PHP 這類語言中，每個串連都會產生一個新線程，每個新線程可能需要 2 MB 的配套記憶體。在一個擁有 8 GB RAM 的系統上，理論上最大的並發串連數量是 4,000 個使用者。隨著您的客戶群的增長，如果希望您的 Web 應用程式支援更多使用者，那麼，您必須添加更多伺服器。當然，這會增加伺服器成本、流量成本和人工成本等成本。除這些成本上升外，還有一個潛在技術問題，即使用者可能針對每個請求使用不同的伺服器，因此，任何共用資源都必須在所有伺服器之間共用。鑒於上述所有原因，整個 Web 應用程式架構（包括流量、處理器速度和記憶體速度）中的瓶頸是：伺服器能夠處理的並發串連的最大數量。

Node 解決這個問題的方法是：更改串連到伺服器的方式。每個串連發射一個在 Node 引擎的進程中啟動並執行事件，而不是為每個串連產生一個新的 OS 線程（並為其分配一些配套記憶體）。Node 聲稱它絕不會死結，因為它根本不允許使用鎖，它不會直接阻塞 I/O 調用。Node 還宣稱，運行它的伺服器能支援數萬個並發串連。

現在您有了一個能處理數萬個並發串連的程式，那麼您能通過 Node 實際構建什麼呢？如果您有一個 Web 應用程式需要處理這麼多串連，那將是一件很 “恐怖” 的事！那是一種 “如果您有這個問題，那麼它根本不是問題” 的問題。在回答上面的問題之前，我們先看看 Node 的工作原理以及它的設計運行方式。

 

Node 肯定不是什嗎？

沒錯，Node 是一個伺服器程式。但是，基礎 Node 產品肯定不 像 Apache 或 Tomcat。本質上，那些伺服器 “安裝就緒型” 服 務器產品，支援立即部署應用程式。通過這些產品，您可以在一分鐘內啟動並運行一個伺服器。Node 肯定不是這種產品。Apache 能通過添加一個 PHP 模組來允許開發人員建立動態 Web 頁，添加一個 SSL 模組來實現安全連線，與此類似，Node 也有模組概念，允許向 Node 核心添加模組。實際上，可供選擇的用於 Node 的模組有數百個之多，社區在建立、發布和更新模組方面非常活躍，一天甚至可以處理數十個模組。本文後面將討論 Node 的整個模組部分。

 

Node 如何工作？

Node 本身運行 V8 JavaScript。等等，伺服器上的 JavaScript？沒錯，您沒有看錯。對於只在客戶機上使用 JavaScript 的程式員而言，伺服器端 JavaScript 可能是一個新概念，但這個概念本身並非遙不可及，因此為何不能在伺服器上使用客戶機上使用的程式設計語言？

什麼是 V8？V8 JavaScript 引擎是 Google 用於其 Chrome 瀏覽器的底層 JavaScript 引擎。很少有人考慮 JavaScript 在客戶機上實際做了些什嗎？實際上，JavaScript 引擎負責解釋並執行代碼。Google 使用 V8 建立了一個用 C++ 編寫的超快解譯器，該解譯器擁有另一個獨特特徵；您可以下載該引擎並將其嵌入任何 應用程式。V8 JavaScript 引擎並不僅限於在一個瀏覽器中運行。因此，Node 實際上會使用 Google 編寫的 V8 JavaScript 引擎，並將其重建為可在伺服器上使用。太完美了！既然已經有一個不錯的解決方案可用，為何還要建立一種新語言呢？

 

事件驅動編程

許多程式員接受的教育使他們認為，物件導向編程是完美的編程設計，這使得他們對其他編程方法不屑一顧。Node 使用了一個所謂的事件驅動編程模型。

清單 1. 用戶端上使用 jQuery 的事件驅動編程

// 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");});

實際上，伺服器端和用戶端沒有任何區別。沒錯，這沒有按鈕點擊操作，也沒有向文字欄位鍵入的操作，但在一個更高的層面上，事件正在 發生。一個串連被建立，這是一個事件！資料通過串連進行接收，這也是一個事件！資料通過串連停止，這還是一個事件！

為什麼這種設定類型對 Node 很理想？JavaScript 是一種很棒的事件驅動程式設計語言，因為它允許使用匿名函數和閉包，更重要的是，任何寫過代碼的人都熟悉它的文法。事件發生時調用的回呼函數可以在捕獲事件處進行編寫。這樣可以使代碼容易編寫和維護，沒有複雜的物件導向架構，沒有介面，沒有過度設計的可能性。只需監聽事件，編寫一個回呼函數，其他事情都可以交給系統處理！

 

樣本 Node 應用程式

最後，我們來看一些代碼！讓我們將討論過的所有內容匯總起來，從而建立我們的第一個 Node 應用程式。我們已經知道，Node 對於處理高流量應用程式很理想，所以我們將建立一個非常簡單的 Web 應用程式，一個為實現最快速度而構建的應用程式。下面是 “老闆” 交代的關於我們的範例應用程式的具體要求：建立一個隨機數字產生器 RESTful API。這個應用程式應該接受一個輸入：一個名為 “number” 的參數。然後，應用程式返回一個介於 0 和該參數之間的隨機數字，並將產生的數字返回給調用者。由於 “老闆” 希望該應用程式成為一個廣泛流行的應用程式，因此它應該能處理 50,000 個並發使用者。我們來看看以下代碼：

清單 2. Node 隨機數字產生器

// 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 languagesvar 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 correctlyconsole.log("Random Number Generator Running...");

　　

啟動應用程式

將上面的代碼放入一個名為 “random.js” 的檔案中。現在，要啟動這個應用程式並運行它（以便建立 HTTP 伺服器並監聽連接埠 80 上的串連），只需在您的命令提示中輸入以下命令：% node random.js。下面是伺服器已經啟動並運行時看起來的樣子：

[email protected]:/home/moila/ws/mike# node random.jsRandom Number Generator Running.

　　

訪問應用程式

應用程式已經啟動並運行。Node 正在監聽所有串連，我們來測試一下。由於我們建立了一個簡單的 RESTful API，所以可以使用 網頁瀏覽器來訪問這個應用程式。鍵入以下地址（確保您已完成了上面的步驟）：http://localhost/?number=27。

您的瀏覽器視窗將更改到一個介於 0 到 27 之間的隨機數字。單擊瀏覽器上的 “重新載入” 按鈕，您會得到另一個隨機數字。就是這樣，這就是您的第一個 Node 應用程式！

Node 對什麼有好處？

到此為止，您可能能夠回答 “Node 是什麼” 這個問題了，但您可能還有一個問題：“Node 有什麼用途？” 這是一個需要提出的重要問題，因為肯定有些東西能受益於 Node。

它對什麼有好處？

正如您此前所看到的，Node 非常適合以下情況：在響應用戶端之前，您預計可能有很高的流量，但所需的伺服器端邏輯和處理不一定很多。Node 表現出眾的典型樣本包括：

• RESTful API

提供 RESTful API 的 Web 服務接收幾個參數，解析它們，組合一個響應，並返回一個響應（通常是較少的文本）給使用者。這是適合 Node 的理想情況，因為您可以構建它來處理數萬條串連。它仍然不需要大量邏輯；它本質上只是從某個資料庫中尋找一些值並將它們組成一個響應。由於響應是少量文本，入站請求也是少量的文本，因此流量不高，一台機器甚至也可以處理最繁忙的公司的 API 需求。

• Twitter 隊列

想像一下像 Twitter 這樣的公司，它必須接收 tweets 並將其寫入資料庫。實際上，每秒幾乎有數千條 tweet 達到，資料庫不可能及時處理高峰時段所需的寫入數量。Node 成為這個問題的解決方案的重要一環。如您所見，Node 能處理數萬條入站 tweet。它能快速而又輕鬆地將它們寫入一個記憶體排隊機制（例如 memcached），另一個單獨進程可以從那裡將它們寫入資料庫。Node 在這裡的角色是迅速收集 tweet，並將這個資訊傳遞給另一個負責寫入的進程。想象一下另一種設計（常規 PHP 伺服器會自己嘗試處理對資料庫本身的寫入）：每個 tweet 都會在寫入資料庫時導致一個短暫的延遲，因為資料庫調用正在阻塞通道。由於資料庫延遲，一台這樣設計的機器每秒可能只能處理 2000 條入站 tweet。每秒處理 100 萬條 tweet 則需要 500 個伺服器。相反，Node 能處理每個串連而不會阻塞通道，從而能夠捕獲儘可能多的 tweets。一個能處理 50,000 條 tweet 的 Node 機器僅需 20 台伺服器即可。

• 電子遊戲統計資料

如果您線上玩過《使命召喚》這款遊戲，當您查看遊戲統計資料時，就會立即意識到一個問題：要產生那種層級的統計資料，必須跟蹤海量資訊。這樣，如果有數百萬玩家同時線上玩遊戲，而且他們處於遊戲中的不同位置，那麼很快就會產生海量資訊。Node 是這種情境的一種很好的解決方案，因為它能採集遊戲產生的資料，對資料進行最少的合并，然後對資料進行排隊，以便將它們寫入資料庫。使用整個伺服器來跟蹤玩家在遊戲中發射了多少子彈看起來很愚蠢，如果您使用 Apache 這樣的伺服器，可能會 有一些有用的限制；但相反，如果您專門使用一個伺服器來跟蹤一個遊戲的所有統計資料，就像使用運行 Node 的伺服器所做的那樣，那看起來似乎是一種明智之舉。

Node 模組

儘管不是本文最初計劃討論的主題，但應廣大讀者要求，本文已經擴充為包含一個 Node Modules 和 Node Package Manager 簡介。正如已經習慣使用 Apache 的開發人員那樣，您也可以通過安裝模組來擴充 Node 的功能。但是，可用於 Node 的模組極大地 增強了這個產品，那些模組非常有用，將使用 Node 的開發人員通常會安裝幾個模組。因此，模組也就變得越來越重要，甚至成為整個產品的一個關鍵區段。

在 “參考資料” 部分，我提供了一個指向模組頁面的連結，該頁面列示了所有可用模組。為了展示模組能夠提供的可能性，我在數十個可用模組中包含了以下幾個模組：一個用於編寫動態建立的頁面（比如 PHP），一個用於簡化 MySQL 使用，一個用於協助使用 WebSockets，還有一個用來協助文本和參數解析的模組。我不會詳細介紹這些模組，這是因為這篇概述文章旨在協助您瞭解 Node 並確定是否需要深入學習（再次重申），如果需要，那麼您肯定有機會用到這些可用模組。

另外，Node 的一個特性是 Node Package Module，這是一個內建功能，用於安裝和管理 Node 模組。它自動處理依賴項，因此您可以確定：您想要安裝的任何模組都將正確安裝並包含必要的依賴項。它還支援將您自己的模組發布到 Node 社區，假如您選擇加入社區並編寫自己的模組的話。您可以將 NPM 視為一種允許輕鬆擴充 Node 功能的方法，不必擔心這會破壞您的 Node 安裝。同樣，如果您選擇深入學習 Node，那麼 NPM 將是您的 Node 解決方案的一個重要組成部分。

結束語

閱讀本文之後，您在本文開頭遇到的問題 “Node.js 究竟是什麼東西?” 應該已經得到瞭解答，您應該能通過幾個清晰簡潔的句子回答這個問題。如果這樣，那麼您已經走到了許多程式員的前面。我和許多人都談論過 Node，但他們對 Node 究竟用於做什麼一直很迷惑。可以理解，他們具有的是 Apache 的思維方式，認為伺服器就是一個應用程式，將 HTML 檔案放入其中，一切就會正常運轉。由於大多數程式員都熟悉 Apache 及其用途，因此，描述 Node 的最簡單方法就是將它與 Apache 進行比較。Node 是一個程式，能夠完成 Apache 能夠完成的所有任務（藉助一些模組），而且，作為一個可以將其作為基礎進行構建的可擴充 JavaScript 平台，Node 還能完成更多的任務。

從本文可以看出，Node 完成了它提供高度可伸縮伺服器的目標。它使用了 Google 的一個非常快速的 JavaScript 引擎，即 V8 引擎。它使用一個事件驅動設計來保持代碼最小且易於閱讀。所有這些因素促成了 Node 的理想目標，即編寫一個高度可伸縮的解決方案變得比較容易。

與理解 Node 是 什麼同樣重要的是，理解它不是 什麼。Node 並不只是 Apache 的一個替代品，它旨在使 PHP Web 應用程式更容易伸縮。事實遠非如此。儘管 Node 還處於初始階段，但它發展得非常迅速，社區參與度非常高，社區成員建立了大量優秀模組，一年之內，這個不斷髮展的產品就有可能出現在您的企業中。

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