為什麼我要用 Node.js? 案例逐一介紹

介紹

JavaScript 高漲的人氣帶來了很多變化，以至於如今使用其進行網路開發的形式也變得截然不同了。就如同在瀏覽器中一樣，現在我們也可以在伺服器上運行 JavaScript ，從前端跨越到後端，這樣巨大的反差讓人難以想象，因為僅僅在幾年前Javascript 還如同 Flash 或者 Java applet 那樣嵌入網頁在沙箱環境中運行。

在深入Node.js之前，你可能需要閱讀和瞭解使用跨棧式JavaScriptJavaScript across the stack）帶來的好處，它統一了程式設計語言和資料格式JSON），讓你能最佳地重用開發人員資源。由於這更多的是關於 JavaScript 的特點，這裡就不過多討論它。但它確實是一個讓人在開發環節中使用 Node 的關鍵的優點。

正如維基百科所說：“Node.js 是Google V8 引擎、libuv平台抽象層 以及主體使用 Javscript 編寫的核心庫三者集合的一個封裝外殼。” 除此之外，值得注意的是，Node.js 的作者瑞恩·達爾 (Ryan Dahl) 的目標是建立具有即時推送能力的網站。在 Node.js 中，他給了開發人員一個使用事件驅動來實現非同步開發的優秀解決方案。註：V8是Google開發的，目前公認最快的 Javascript 解析引擎，libuv 是一個開源的、為 Node 定製而生的跨平台的非同步 IO 庫。）

簡而言之：Node.js 在即時的 Web應用上採用了基於 WebSocket 的推送技術。這意味著什麼樣的革命性？Well，在經過了20多年的基於無狀態的請求-返機制的無狀態互動之後，我們終於有了即時的，雙向串連的web應 用，用戶端和伺服器端都可以發起通訊，能夠自由地交換資料。與此形成鮮明對比的是傳統的 web響應模式，用戶端總是主動發起通訊而服務端被動返回。此外，這些都是基於運行在標準80連接埠上的開放Web組件HTML、CSS和JS）。

可能有人會說，我們已經使用 Flash 和 Java Applet 的形式很多年了——但實際上，這些方式只是使用網路將資料傳遞到用戶端上的沙箱環境。他們都是隔離啟動並執行，而且經常操作到需要額外的許可權之類的非標準連接埠。

憑藉其獨特的優勢，Node.js的現在已經在許多著名公司的產品中起到了關鍵作用。

在這篇文章中，我們不僅將討論這些優勢是如何?的，而且也會討論為什麼你使用 Node.js 來替代一些經典的Web應用程式模型。

Node.js 是如何工作的？

Node.js 的主要思路是：使用非阻塞的，事件驅動的 I/O 操作來保持在處理跨平台 (across distributed devices) 資料密集型即時應用時的輕巧高效。這聽起來有點繞口。

它的真正含義是，Node.js 不是一個即將主導Web開發的世界的銀彈級的平台。相反，它是一個滿足特別需求的平台。你肯定不會希望使用 Node.js 去做 CPU密集型操作。事實上，使用它進行繁重的計算等於摒棄 Node 幾乎所有的優點。Node 真正的亮點在於建設高效能，高擴充性的互連網應用——因為它能夠處理龐大的並且高輸送量的並發串連。

它的工作原理是相當有趣的。傳統的網路服務技術，是每個新增一個串連請求）便產生一個新的線程，這個新的線程會佔用系統記憶體，最終會佔掉所有的可 用記憶體。而 Node.js 僅僅只運行在一個單線程中，使用非阻塞的非同步 I/O 調用，所有串連都由該線程處理，在 libuv 的加分下，可以允許其支援數萬並發串連全部掛在該線程的事件迴圈中）。

做一個簡單的計算: 假設是普通的Web程式，新接入一個串連會佔用 2M 的記憶體，在有 8GB RAM的系統上運行時, 算上線程之間環境切換的成本，並發串連的最大理論值則為 4000 個。這是在傳統 Web服務端技術下的處理情況。而 Node.js 則達到了約 1M 一個並發串連的拓展層級 (相關證明).

當然，在所有用戶端的請求共用單一線程時也會有問題, 這也是一個編寫 Node.js 應用的潛在缺陷. 首先, 大量的計算可能會使得 Node 的單線程暫時失去反應, 並導致所有的其他用戶端的請求一直阻塞, 直到計算結束才恢複正常。 其次，開發人員需要非常小心，不要讓一個 Exception 阻塞核心的事件迴圈，因為這將導致 Node.js 執行個體的終止實際上就是程式崩潰）。 筆者註：如 PHP 中某個頁面掛掉是不會影響網站啟動並執行，但是 Nodejs 是一個線程一個線程來處理所有的連結，所以不論是計算卡了或者是被異常阻塞了都可能會影響到其他所有的連結。解決方案在稍後討論。）

用來避免異常拋出時中斷進程的方法是將異常使用回調傳遞出去而不是拋出他們，就像在其他環境中一樣）。即使一些未處理的異常阻塞了程式，依舊有多 種應對的解決方案，而且也有很多可用於監視 Node 進程來執行必要的崩潰後恢複工作的策略和工具雖然你將無法恢複使用者的 Session ），最常見的是使用 Forever 模組，或者採用其他的外部系統工具如 upstart and monit。

NPM: The Node Package Manager

當我們討論 Node.js 的時候，一個絕對不應該忽略地方就是預設內建的模組管理工具 —— NPM。 其靈感來源與 Ruby Gems具有版本和依賴管理功能，可以通過線上資料庫便捷安裝可重用的組件的管理工具）。

一個完整的公用模組列表可以在 NPM 的網站上找到https:://npmjs.org/），或者通過使用與 Node.js 一同安裝的 NPM CLI 工具放問到。該模組的生態系統向所有人開放，任何人都發行就緒自己的模組，所有的模組都可以在 NPM 資料庫中找到。你可以在 http://howtonode.org/introduction-to-npm 頁面找到 NPM 的一個簡要介紹有點舊，但依舊能看）。

目前非常流行的一些 NPM 模組有：

• express – Express.js,是一個簡潔而靈活的 node.js Web應用程式框架, 並且已經是現在大多數 Node.js 應用的標準架構，你已經可以在很多 Node.js 的書籍中看到它了。
• connect – Connect 是一個 Node.js 的 HTTP 服務拓展架構，提供一個高效能的“外掛程式”集合，以中介軟體聞名，是 Express 的基礎部分之一。
• socket.io 和 sockjs – 目前服務端最流行的兩個 websocket 組件。
• Jade – 流行的模板引擎之一，並且是 Express.js 的預設範本引擎。其靈感來源於 HAML。
• mongo 和 mongojs – 封裝了 MongoDB 的的各種 API，不過筆者平常工作用的是 mongoose 也很推薦。
• redis – Redis 的用戶端函數庫.
• coffee-script – CoffeeScript 編譯器，允許開發人員使用 Coffee 來編寫他們的 Node.js 程式。
• underscore (lodash, lazy) – 最流行的 JavaScript 工具庫 , 用於 Node.js 的封裝包，以及兩個採取略有不同的實現方法來獲得更好效能的同行。
• forever – 可能是用來確保 node 指令碼持續啟動並執行最流行的工具。

還有很多好的模組，這裡就不一一列舉了希望沒有冒犯到沒列舉的）。

Node.js 應該用在什麼地方

聊天

聊天是最典型的多使用者即時互動的應用。從IRC開始，有許多開源或者不開源的協議都運行在非標準連接埠上，而現在，使用 Node.js 則可以解決這些問題——在標準的80連接埠運行 WebSockets。

聊天應用程式是最能體現 Node.js 優點的例子：輕量級、高流量並且能良好的應對跨平台裝置上運行密集型資料雖然計算能力低）。同時，聊天也是一個非常值得學習的用例，因為它很簡單，並且涵蓋了目前為止一個典型的 Node.js 會用到的大部分解決方案。

讓我們試著來描繪它如何工作。

在最簡單的情況下，我們布置了一個聊天室在我們的網站上，使用者可以在上面發訊息，當然是一對多的形式。例如，假設總共有三個人串連到我們的網站上。

在服務端這邊， 我們有一個使用 Express.js 搭建的簡單網站，該網站實現了兩件事 1) 處理路徑為 ‘/’ 的GET請求時，下發包括一個留言板以及一個發送資訊的 ‘發送’ 按鈕的頁面 2) 一個監聽用戶端發送新訊息的 websockets 服務。

在用戶端這邊，我們有一個 HTML 頁面，上面有個兩個 js 方法，一個是用於觸發事件的 “發送” 按鈕，這會把把輸入的訊息通過 webscoket 發送，另一個方法是用 webscoket 在用戶端上監聽服務端來的推送例如，其他使用者發送的訊息）。

當有一個用戶端發送訊息的時候，發生的事情是：

這是一個最簡單的例子。如果要更好的解決方案，你可以使用 Redis 資料庫做一個簡單的緩衝。在一個更進階的解決方案中，你可能需要一個訊息路由來專門處理訊息佇列，並且需要一個更強健的發送機制，比如發送的時候覆蓋上暫 時離線的使用者或者為離線的註冊使用者儲存尚未接收的訊息等等。但是不論你做了怎麼樣的改進，Node.js 都將遵循一個基本原則：響應事件，處理多個並發串連，並保持流動性的使用者體驗。

對象資料庫介面API ON TOP OF AN OBJECT DB）

儘管，Node.js 確實非常擅長即時互動的應用，同時它也十分適合通過對象資料庫object DB）來查詢資料如 MongoDB）。以 JSON 格式儲存的資料允許 Node.js 直接處理，不需要糾結資料轉換和匹配的問題。

舉個例子，如果你正在使用 Rails，你會將 JSON 資料轉成 二進位的 model，當資料再被 Backbone.js, Angular.js 或者 jQuery AJAX 之類的調用又要轉回 JSON。如果是 Nodejs 的話，你可以通過一個 REST API 簡單的匯出 JSON 對象以供用戶端使用。另外，從資料庫讀寫時候如果使用的是 MongoDB 的話，你也不用擔心的 JSON 與任何資料之間的格式問題。總之，你可以避免多元的資料轉換問題，不論是在用戶端、服務端還是資料庫。

隊列輸入

如果你正在接收一個高量並發的資料，你的資料庫可能會成為你處理的瓶頸。正如上面的描述，Node.js 可以輕鬆的處理並發串連。 但是，由於資料庫操作是一個阻塞的操作在這種情況下），這就是麻煩的地方。Node.js的解決方案是，在資料真正的寫入之前就承認用戶端的資料是真實 的。

用這種方法，在高負載的時候系統繼續維持它的響應，這在當用戶端不需要嚴格確認一個資料是否成功的被寫入時特別有用。典型的例子包括：日誌記錄或者使用者跟蹤資料user-tracking data）的記錄，這會被分批處理並且在稍後才使用；同時也包括最終一致性so, 常用於 NoSQL）可以接受，不需要立即反應的操作例如 Facebook 上更新點贊的數目）。

資料通過某些緩衝或者訊息佇列的基礎組件例如 RabbitMQ, ZeroMQ）進入隊列，並且通過一個獨立的資料庫批量寫入進程來一一消化，或者通過一個更高效能的計算密集型後端服務來進行處理。其他的語言/架構也可 以實現相似的操作，但在相同的配置下是達不到 nodejs 的高輸送量與高並發。

簡單的說：使用 Node，你可以把資料庫操作扔到一邊並在稍後處理它們，假設他們成功了一樣繼續執行下去。筆者註：在開發中通常的情況通常是，種耗時的操作通過回呼函數來非同步處理，主線程繼續往下執行）

資料流

在較為傳統的網路平台上，HTTP 的請求和響應更像是孤立的事件；然而事實上，他們都是資料流。這一觀察結果在 Nodejs 上可以用來建立一些很酷的功能。因為資料通以流的形式接收，而我們可以在網站上線上處理正在上傳中的檔案。這樣的話，就可以實現即時的音頻和視頻編碼，以及在不同資料來源之間進行代碼代理見下一段）。

筆者註：Node 有代替如 apache 這樣的 webserver 處理資料，所以開發人員可以直接收到用戶端一份一份上傳的資料，並即時處理。上面這段話聽起來有點抽象，不過各位可以簡單的想象一下不需要開 YY 或者 QQ，開啟網頁就能進行語音視頻的功能。）

代理

Node.js 可以通過非同步方式處理大量的並發串連，所以很容易作為服務端的代理來使用。這在與不同回應時間的不同服務之間進行代理，或者是收集來自多個來源的資料時尤其有用。

舉個例子：考慮一個伺服器端的應用程式和第三方資源進行通訊以更新自不同來源的資料，或者將服務端上的一些映像和視頻資源儲存到第三方雲端服務。

雖然專用Proxy 伺服器確實存在，但是如果你還沒有專用的Proxy 伺服器，或者你需要一個本地開發的解決方案，那麼使用 Node 來做代理可能是更好的選擇。關於這個解決方案，我的意思是指當你在開發的時候，你可以使用Node.js的開發環境搭建一個服務來處理對資源和代理的請 求，而在生產環境下，你可以使用專用的代理服務比如nginx，HAProxy等）來處理這些互動。

股票操盤手的儀錶盤

讓我們繼續討論應用程式這塊。即時網路的解決方案可以很輕鬆的實現證券交易軟體——用於跟蹤股票的價格，執行計算、做技術分析，同時產生報表。

使用一個即時的的基於網頁的解決方案，將會允許操盤手輕鬆的切換工作軟體以及工作地點。相信不久，我們或許會在 佛羅里達州、伊維薩島又或者是巴厘島的海灘上看到他們。

應用監聽儀盤表

另一種常見的用例中，使用 Node+Web+Socket 非常適合：跟蹤網站訪問者並且可視化即時它們之間的即時互動。 如果你有興趣，可以去看看Hummingbird）

你可能需要採集使用者的即時狀態, 或者甚至當他們到達渠道中某個特定的點時, 開啟一個交流頻道， 通過有針對性的互動介紹移動到下一個階段. 如果你感興趣的話，推薦你看看 CANDDi）

想象一下，如果你知道你的訪客的即時操作，並能夠形象化地看到他們的互動，這將對你的業務帶來多大的提升。隨著即時的、雙向 socket 通訊的 Node.js ，現在你可以做到了。

系統監控儀錶

現在，讓我們看看事情的基礎設施方面。想象一下，比如，希望為其使用者提供服務監控頁面例如，GitHub上的狀態頁）的 SaaS 電訊廠商 。通過 Node.js 的事件迴圈，我們可以建立一個基於 Web 的功能強大的儀表板，以非同步方式檢查服務狀態並且使用的 WebSockets 將資料推送到用戶端。

內部公司內部）和公用服務的狀態都可以使用該項技術實現即時的上報。讓我們把這一想法延伸的遠一點，試著想象一個電信電訊廠商中網路運營中心NOC）的監控應用，雲/網路/伺服器電訊廠商，或者一些金融機構，全都運行在這個由 Node.js 和 WebSocket 組成的應用上，而不是 Java 和/或 Java Applet。

注意：不要嘗試使用 Node 打造硬即時系統即，回應時間要求一致的系統）。 Erlang是可能是該類應用程式的更好的選擇。

什麼地方可以使用 Node.js

服務端 WEB 應用

通過 Node.js 使用 Express.js 也可以用來建立服務端上的典型的網頁應用。然而，雖然有可能，使用 Node.js 來進行請求+響應的形式來呈現 HTML 並不是最典型的用例。有人贊成也有人反對這一做法。這裡有一些看法以供參考:

優點：

• 如果你不需要進行 CPU密集型計算，你可以從頭到尾甚至是資料庫比如 MongoDB）都使用 Javascript 來開發。這顯著地減輕了開發工序包括成本）。
• 對於一個使用 Node.js 作為服務端的單頁應用或者 websocket 應用，爬蟲可以收到一個完全 HTML 呈現的響應，這是更為SEO友好的。

缺點：

• 任何CPU密集型的計算都將阻礙 Node.js 的反應，所以使用多線程的平台是一個更好的方法。或者，您也可以嘗試向外擴充的計算[*]。
• Node.js 使用關係型資料庫依舊十分痛苦詳細見下方）。拜託了，如果你想執行關係型資料操作，請考慮別的環境：Rails， Django 甚至 ASP.NET MVC 。。。。

*】另一種解決方案是，為這些CPU密集型的計算建立一個高度可擴充的MQ支援的環境與後端處理，以保持 Node 作為一個前台專員來非同步處理用戶端請求。

Node.js 不應該在什麼地方使用

使用關係型資料庫的服務端 WEB 應用

對比 Node.js 上的 Express.js 和 Ruby on Rails，當你使用關係型資料庫的時候請毫不猶豫的選擇後者。

Node.js 的關聯式資料庫工具仍處於早期階段，目前還沒有成熟到讓人能夠愉快地使用它。而與此同時，Rails天生內建了資料訪問組件，連同DB schema遷移的支援工具和一些Gems一語雙關，一指這些如同珍寶的工具，二指ruby的gems程式包）。Rails和它的搭檔架構們擁有非常成 熟且被證明了的活動記錄Active Record）或資料對應Data Mapper）的資料訪問層的實現，而這些是當你在使用純JavaScript來複製這些應用的時候會非常想要使用的東西。

不過，如果你真的傾向於全部使用 JS並且做好可能抓狂的準備），那麼請繼續關注 Sequelize 和 Node ORM2 ，雖然這兩者仍然不成熟的，但他們最終會迎頭趕上。

[*] 使用 Node 光是作為前端而 Rails 做後端來串連關係型資料庫，這是完全有可能也並不少見的。筆者註：國外有種說法，PHP這一類程式員也可以算作是前端）

繁重的服務端的計算和處理

當涉及到大量的計算，Node.js 就不是最佳的解決方案。你肯定不希望使用 Node.js 建立一個斐波那契數的計算服務。一般情況下，任何 CPU密集型操作 會削弱掉 Node通過事件驅動， 非同步 I/O 模型等等帶來的在輸送量上的優勢，因為當線程被非非同步高計算量佔用時任何傳入的請求將被阻塞。

正如前面所說，Node.js 是單線程的，只使用一個單一的CPU核心。至於，涉及到伺服器上多核並發處理，Node 的核心團隊已經使用 cluster 模組的形式在這一方面做了一些工作 (參考：http://nodejs.org/api/cluster.html)。當然，您也可以很容易的通過 nginx 的反向 Proxy運行多個 Node.js 的伺服器執行個體來避免單一線程阻塞的問題。

關於叢集(clustering) ，你應該將所有繁重的計算轉移到更合適的語言寫的後台進程來處理，同時讓他們通過像 RabbitMQ 那樣通過訊息佇列伺服器來進行通訊。

即使你的幕後處理可能最初運行在同一台伺服器上時看不出什麼優點，但是這樣的做法具有非常高的可擴充性的潛力。這些幕後處理服務可以容易地分割出去，作為單獨的 worker 伺服器，而不需要配置入口 web伺服器的負載。

當然，你也可以在其他語言平台上用同樣的方法，但使用 Node.js 你可以得到很高的輸送量，每個請求都作為一個小任務非常迅速和高效地處理，這一點我們已經討論過了。

結論

我們已經從理論到實踐討論過 Node.js 了，從它的目標和野心，到其優點和缺點。在 Node.js 的開發中99%的問題是由誤用阻塞操作而造成的。

請記住：Node.js 從來不是用於解決大規模計算問題而建立的。它的出現是為瞭解決大規模I/O 的問題，並且在這一點上做的非常好。

綜上，如果你項目需求中不包含CPU密集型操作，也不需要訪問任何阻塞的資源，那麼你就可以利用的 Node.js 的優點，盡情的享受快速、可擴充的網路應用。

譯文連結：http://blog.jobbole.com/53736/