JavaScript 的日益發(fā)展帶來(lái)了很多變化，當(dāng)今的 Web 開(kāi)發(fā)面貌已經(jīng)變得截然不同。在幾年前是很難想象在服務(wù)器上運(yùn)行 JavaScript 的。

在深入研究Node.js之前，你可能想了解使用跨棧的 JavaScript 有什么好處，它統(tǒng)一了語(yǔ)言和數(shù)據(jù)格式（JSON），允許你以最佳的方式重用開(kāi)發(fā)人員資源。將 Node.js 合并到技術(shù)棧中是一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。【視頻教程推薦：nodejs視頻教程 】

Node.js 是一個(gè)基于 Chrome 的名為 V8 的 JavaScript 引擎構(gòu)建的 JavaScript 運(yùn)行環(huán)境。值得注意的是，Node.js 的創(chuàng)建者 Ryan Dahl 的“受到 Gmail 等應(yīng)用的啟發(fā)”，目標(biāo)是為了開(kāi)發(fā)一個(gè)具有實(shí)時(shí)推送功能的網(wǎng)站。在 Node.js 中，他提供了一個(gè)用于處理非阻塞事件驅(qū)動(dòng)的 I/O 工具。

用一句話來(lái)概括：Node.js 在基于websockets 推送技術(shù)的實(shí)時(shí) Web 應(yīng)用中大放異彩。在過(guò)去的 20 多年來(lái)我們一直在使用基于無(wú)狀態(tài)請(qǐng)求 – 響應(yīng)模式的無(wú)狀態(tài) Web 應(yīng)用，現(xiàn)在終于擁有了能夠?qū)崟r(shí)雙向連接的 Web 應(yīng)用，其中客戶(hù)端和服務(wù)器都可以啟動(dòng)通信，并允許它們自由地交換數(shù)據(jù)。

這與典型的總是由客戶(hù)端發(fā)起通信的 Web 響應(yīng)模式形了成鮮明的對(duì)比。此外它也同樣基于在標(biāo)準(zhǔn)端口 80 上運(yùn)行的開(kāi)放 Web 技術(shù)棧（HTML，CSS和JS）。

有人可能會(huì)爭(zhēng)辯說(shuō)，我們多年來(lái)一直以 Flash 和 Java Applet 的形式做到這一點(diǎn) —— 但實(shí)際上，這些只是使用 Web 作為傳輸協(xié)議將數(shù)據(jù)傳給客戶(hù)端的沙盒環(huán)境。此外，它們是隔離運(yùn)行的，通常在非標(biāo)準(zhǔn)端口上運(yùn)行，這可能需要額外的權(quán)限。

憑借其優(yōu)勢(shì)，Node.js 在依賴(lài)其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的眾多知名公司的技術(shù)堆棧中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。 Node.js 基金會(huì)幾乎已經(jīng)整合了所有最好的想法，可以在 Node.js 基金會(huì)的案例研究頁(yè)面上找到關(guān)于為什么企業(yè)應(yīng)該考慮 Node.js 的簡(jiǎn)短PPT。

在本文中，我將不僅要討論如何使用這些優(yōu)勢(shì)，而且還要討論 為什么 你可能想要使用 Node.js ，并用一些經(jīng)典的 Web 應(yīng)用程序模型作為示例。

它是如何工作的？

Node.js 的主要思想是：在面向跨分布式設(shè)備運(yùn)行的數(shù)據(jù)密集型的實(shí)時(shí)程序時(shí)，使用非阻塞、事件驅(qū)動(dòng)的 I/O 來(lái)保證輕量和高效。

這讀起來(lái)很拗口。

這意味著 Node.js 不是 一個(gè)即將成為主宰 Web 開(kāi)發(fā)界的能夠解決一切的新平臺(tái)。 相反，它是一個(gè)滿(mǎn)足特定需求的平臺(tái)。理解這一點(diǎn)絕對(duì)是有必要的。你絕不希望將 Node.js 用于 CPU 密集型的操作；實(shí)際上，將它用于進(jìn)行大量繁重運(yùn)算的場(chǎng)合將會(huì)消除它幾乎所有的優(yōu)點(diǎn)。 Node.js 真正發(fā)揮作用的地方在于構(gòu)建快速、可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，因?yàn)樗軌蛞愿咄掏铝刻幚泶罅坎l(fā)連接，這相當(dāng)于具有高可擴(kuò)展性。

其底層的工作原理非常有趣。傳統(tǒng)的 Web 服務(wù)技術(shù)每個(gè)連接（請(qǐng)求）都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新線程，占用系統(tǒng)內(nèi)存并最終受限于可用的最大內(nèi)存，而 Node.js 在單線程上運(yùn)行，使用非阻塞 I/O 調(diào)用，允許它支持?jǐn)?shù)以萬(wàn)計(jì)的并發(fā)連接（在 event loop 中維持）。

快速計(jì)算：假設(shè)每個(gè)線程需要 2 MB 內(nèi)存，那么在有 8 GB 內(nèi)存的系統(tǒng)上運(yùn)行的話，理論上最多有 4000 個(gè)并發(fā)連接（計(jì)算來(lái)自 Michael Abernethy 的文章 “Just what is Node.js？“，2011年在 IBM developerWorks 上發(fā)布;不幸的是，這篇文章的鏈接現(xiàn)在已經(jīng)失效了），這還沒(méi)有算上線程之間的上下文切換的成本。這就是你通常在傳統(tǒng)的 Web 服務(wù)器技術(shù)中處理的場(chǎng)景。通過(guò)避免所有這些問(wèn)題，Node.js 實(shí)現(xiàn)了超過(guò) 1M 連接并發(fā)數(shù)的級(jí)別，以及 600k 的 websockets 并發(fā)連接數(shù)。

當(dāng)然，編寫(xiě) Node.js 應(yīng)用的潛在缺陷是存在客戶(hù)端請(qǐng)求之間共享單個(gè)線程的問(wèn)題。首先，繁重的計(jì)算可能會(huì)阻塞 Node 的單個(gè)線程并導(dǎo)致 所有 客戶(hù)端出現(xiàn)問(wèn)題（稍后會(huì)詳細(xì)說(shuō)明），因?yàn)閭魅氲恼?qǐng)求將被阻塞，直到計(jì)算完成為止。其次開(kāi)發(fā)人員需要 非常小心，不要讓異常冒泡到到核心（最頂層）Node.js 事件循環(huán)，這將導(dǎo)致 Node.js 實(shí)例終止（程序崩潰）。

為了避免異常冒泡到頂層，常用技術(shù)是將錯(cuò)誤作為回調(diào)參數(shù)傳遞回調(diào)用者（而不是像在其他環(huán)境中那樣拋出它們）。即使一些未被處理的異常冒泡到頂層，也有一些工具來(lái)監(jiān)視 Node.js 進(jìn)程并執(zhí)行必要的恢復(fù)崩潰 （雖然可能無(wú)法恢復(fù)到用戶(hù)會(huì)話的當(dāng)前狀態(tài)），最常見(jiàn)的是 Forever 模塊。

npm：node 包管理器

在討論 Node.js 時(shí)，一件絕對(duì)不應(yīng)該被忽略的事是支持使用內(nèi)置的 npm 工具進(jìn)行包管理，默認(rèn)情況下每個(gè) Node.js 環(huán)境都會(huì)安裝。 npm 模塊的概念非常類(lèi)似于 Ruby Gems：一組可通過(guò)在線存儲(chǔ)庫(kù)輕松安裝，具有版本和依賴(lài)關(guān)系管理的可重用組件，。

可以在 npm 網(wǎng)站上找到已打包模塊的完整列表，也可以使用自動(dòng)與 Node.js 一起安裝的 npm CLI 工具進(jìn)行訪問(wèn)。模塊生態(tài)系統(tǒng)對(duì)所有人開(kāi)放，任何人都可以發(fā)布自己的模塊，發(fā)布的模塊將出現(xiàn)在 npm 存儲(chǔ)庫(kù)中。有關(guān) npm 的簡(jiǎn)介，請(qǐng)參閱初學(xué)者指南，以及 npm 發(fā)布教程中關(guān)于發(fā)布模塊的部分。

一些很有用的 npm 模塊是：

• express —— Express.js，一個(gè)受 Sinatra 啟發(fā)的 Node.js Web 開(kāi)發(fā)框架，當(dāng)今大多數(shù) Node.js 應(yīng)用程序的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。
• hapi —— 一個(gè)模塊化的且非常易于使用的以配置為中心的框架，用于構(gòu)建 Web 和服務(wù)應(yīng)用
• connect —— Connect 是 Node.js 的可擴(kuò)展 HTTP 服務(wù)器框架，提供了一系列稱(chēng)為中間件的高性能“插件”作為Express的基礎(chǔ)。
• socket.io 和 sockjs —— 今天最常見(jiàn)的兩個(gè) websockets 服務(wù)器端組件。
• pug（以前叫 Jade）—— 受 HAML 啟發(fā)的流行模板引擎之一，Express.js 中的默認(rèn)選項(xiàng)。
• mongodb 和 mongojs —— MongoDB 包裝器，為 Node.js 中的 MongoDB 對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)提供 API。
• redis —— Redis 客戶(hù)端。
• forever?—— 可能是確保給定 node 腳本連續(xù)運(yùn)行的最常用實(shí)用程序。在遇到意外故障時(shí)，將 Node.js 的進(jìn)程保持在生產(chǎn)狀態(tài)。
• bluebird —— 功能齊全的 Promises/A+ 實(shí)現(xiàn)，性能非常出色
• moment —— 用于解析、驗(yàn)證、操作和格式化日期的輕量級(jí) JavaScript 日期庫(kù)。

列表還在不斷增長(zhǎng)。那里有很多有用的包，可供所有人使用。

哪些場(chǎng)合應(yīng)該使用 Node.js

在線聊天

在線聊天是最典型的實(shí)時(shí)多用戶(hù)應(yīng)用，也是 Node.js 的最佳案例：它是一個(gè)輕量級(jí)、高流量、數(shù)據(jù)密集型（但是低處理和計(jì)算）的應(yīng)用程序，可分布式跨設(shè)備運(yùn)行。它也是一個(gè)很好的學(xué)習(xí)案例，因?yàn)樗芎?jiǎn)單，但涵蓋了你在典型的 Node.js 程序中所使用的大部分范例。

讓我們?cè)囍枥L它是如何工作的。

假設(shè)一個(gè)最簡(jiǎn)單的場(chǎng)景，在我們的網(wǎng)站上有一個(gè)聊天室，人們可以通過(guò)一對(duì)多（實(shí)際上是對(duì)所有人）的方式交換消息。

在服務(wù)器端，我們有一個(gè)簡(jiǎn)單的 Express.js 程序，它實(shí)現(xiàn)了兩件事：1) 一個(gè)GET 請(qǐng)求的處理程序，它提供了包含留言板和用于初始化新消息輸入的“發(fā)送”按鈕的功能，以及2) 用于偵聽(tīng) websocket 客戶(hù)端發(fā)出的新消息的w ebsockets 服務(wù)器。

在客戶(hù)端，我們有一個(gè) HTML 頁(yè)面，其中設(shè)置了幾個(gè)處理程序，一個(gè)用于“發(fā)送”按鈕的單擊事件，它接收輸入消息并將其發(fā)送到 websocket，另一個(gè)用于偵聽(tīng)新的傳入消息并顯示在 websockets 客戶(hù)端上（即服務(wù)器希望客戶(hù)端顯示的其他用戶(hù)發(fā)送的消息）。

當(dāng)其中一個(gè)客戶(hù)發(fā)布消息時(shí)，會(huì)發(fā)生以下情況：

• 瀏覽器捕獲單擊“發(fā)送”按鈕事件處理 JavaScript 程序，從輸入字段（即消息文本）中獲取值，并使用連接到我們服務(wù)器的 websocket 客戶(hù)端發(fā)出 websocket 消息（在網(wǎng)頁(yè)初始化時(shí)初始化） 。
• websocket 連接的服務(wù)器端組件接收消息，并使用廣播方式將其轉(zhuǎn)發(fā)給所有其他的客戶(hù)端。
• 所有客戶(hù)端都通過(guò)在網(wǎng)頁(yè)中運(yùn)行的 websockets 客戶(hù)端組件接收新消息。然后，他們通過(guò)將新消息添加頁(yè)面上并更新。

這是最簡(jiǎn)單的例子。對(duì)于更強(qiáng)大的解決方案，你可以使用基于 Redis 的簡(jiǎn)單緩存。或者在更高級(jí)的解決方案中，可以用消息隊(duì)列作為消息路由，還可以實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的傳遞機(jī)制，例如可以在連接丟失或在客戶(hù)端脫機(jī)時(shí)存儲(chǔ)消息。但無(wú)論你做出哪些改進(jìn)，Node.js 仍將按照相同的基本原則運(yùn)行：對(duì)事件做出反應(yīng)，處理許多并發(fā)連接，并保持用戶(hù)體驗(yàn)的流暢性。

對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)頂層的 API

雖然 Node.js 的確很適合開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)應(yīng)用，但它也很適合從對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)（例如MongoDB）公開(kāi)數(shù)據(jù)。 JSON 存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)允許 Node.js 在對(duì)象與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)一致和沒(méi)有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的情況下良好的運(yùn)行。

例如，如果你正在使用 Rails，那么你需要從 JSON 轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制模型，然后通過(guò) HTTP 再將它們轉(zhuǎn)為 JSON 在 React.js 或 Angular.js 中使用 ，甚至可以用簡(jiǎn)單的 jQuery AJAX 進(jìn)行調(diào)用。使用 Node.js，你可以通過(guò) REST API 直接公開(kāi)你的 JSON 對(duì)象來(lái)供客戶(hù)端使用。此外，在從數(shù)據(jù)庫(kù)讀取或?qū)懭霑r(shí)（如果你使用的是MongoDB），你無(wú)需擔(dān)心在 JSON 和其他任何內(nèi)容之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的問(wèn)題。總之在客戶(hù)端、服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)中使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)序列化格式，可以避免多次轉(zhuǎn)換的麻煩。

隊(duì)列輸入

如果你收到了大量并發(fā)數(shù)據(jù)，那么你的數(shù)據(jù)庫(kù)可能會(huì)成為瓶頸。如上所述，Node.js 可以輕松地自己處理并發(fā)連接。但是因?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)是一種阻塞操作（在這種情況下），所以我們遇到了麻煩。解決方案是在數(shù)據(jù)真正寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)之前先確認(rèn)客戶(hù)端的行為。

通過(guò)這種方法，系統(tǒng)可以在高負(fù)載下保持其響應(yīng)性，這在客戶(hù)端不需要確認(rèn)數(shù)據(jù)成功寫(xiě)入時(shí)尤其有用。典型的例子包括：記錄或?qū)懭胗脩?hù)跟蹤數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行分批處理；以及最終一致性（經(jīng)常在NoSQL世界中使用）可以接受的不需要立即作出反映的操作（例如更新 Facebook 上的“Likes”計(jì)數(shù)）。

數(shù)據(jù)通過(guò)某種緩存或消息隊(duì)列（例如，RabbitMQ，ZeroMQ）排隊(duì)，并通過(guò)單獨(dú)的數(shù)據(jù)庫(kù)批量寫(xiě)入過(guò)程，或者由計(jì)算密集型后端服務(wù)進(jìn)行消化，再寫(xiě)入更好的能夠執(zhí)行此類(lèi)任務(wù)的平臺(tái)。類(lèi)似的行為可以用其他語(yǔ)言或框架實(shí)現(xiàn)，但不能在相同的硬件上實(shí)現(xiàn)，以維持相同的高吞吐量。

簡(jiǎn)而言之：使用 Node，你可以將數(shù)據(jù)庫(kù)寫(xiě)先入到一個(gè)地方，稍后再去處理它們，就像它們已經(jīng)被成功處理一樣。

數(shù)據(jù)流

在更傳統(tǒng)的Web平臺(tái)中，HTTP 請(qǐng)求和響應(yīng)被看作是孤立事件，實(shí)際上他們是流。可以在 Node.js 中使用這個(gè)性質(zhì)來(lái)構(gòu)建一些很酷的功能。例如文件可以被一邊上傳一邊處理，因?yàn)閿?shù)據(jù)通過(guò)流進(jìn)入，我們可以實(shí)時(shí)的去處理它。這可以用于實(shí)時(shí)音頻視頻編碼，以及在不同數(shù)據(jù)源的之間進(jìn)行代理（參見(jiàn)下一部分）。

代理

把 Node.js 用作服務(wù)器端代理是很容易的，它能夠以非阻塞方式處理大量的并發(fā)連接。這對(duì)于為代理不同響應(yīng)時(shí)間的多個(gè)服務(wù)，或從多個(gè)源收集數(shù)據(jù)的場(chǎng)景特別有用。

例如以下場(chǎng)景：當(dāng)服務(wù)器端程序與第三方資源進(jìn)行通信時(shí)，會(huì)從不同的來(lái)源提取數(shù)據(jù)，或者將圖像和視頻等資源存儲(chǔ)到第三方云服務(wù)上。

盡管有專(zhuān)用代理服務(wù)器，但是如果你沒(méi)有基礎(chǔ)的代理架構(gòu)，或者你需要本地開(kāi)發(fā)環(huán)境，那么 Node 可能會(huì)對(duì)你有所幫助。

股票交易商的數(shù)據(jù)界面

讓我們回到應(yīng)用程序。可以很容易地用實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)解決方案取代的另一個(gè)例子是股票經(jīng)紀(jì)人的交易軟件，它用于跟蹤股票價(jià)格、執(zhí)行計(jì)算、技術(shù)分析以及創(chuàng)建圖表。

如果切換到基于 Web 的實(shí)時(shí)解決方案，經(jīng)紀(jì)人將可以輕松切換工作站或工作場(chǎng)所。很快，我們可能會(huì)開(kāi)始在佛羅里達(dá)州的海灘上看到它們……

應(yīng)用監(jiān)控儀表板

另一個(gè)常見(jiàn)的用例，其中 Node-with-web-socket 完全適合：跟蹤網(wǎng)站訪問(wèn)者并對(duì)他們的交互進(jìn)行實(shí)時(shí)的可視化。你可以從用戶(hù)那里實(shí)時(shí)收集統(tǒng)計(jì)信息，甚至可以通過(guò)在訪問(wèn)渠道中特定的點(diǎn)來(lái)打開(kāi)通信渠道，并與訪問(wèn)者進(jìn)行有針對(duì)性的互動(dòng)，這種方案可以在這里找到： CANDDi。

想象一下，如果你能夠?qū)崟r(shí)了解訪問(wèn)者所做的事情，你將如何改善你的業(yè)務(wù)呢？通過(guò)使用 Node.js 的實(shí)時(shí)雙向套接字，現(xiàn)在就可以做到了。

系統(tǒng)監(jiān)控儀表板

在基礎(chǔ)設(shè)施方面，。比如想要為其用戶(hù)提供服務(wù)監(jiān)控頁(yè)面的SaaS提供商（例如，GitHub狀態(tài)頁(yè)面）。通過(guò) Node.js 事件循環(huán)，我們可以創(chuàng)建一個(gè)功能強(qiáng)大的基于 Web 的儀表板，以異步方式檢查服務(wù)的狀態(tài)，并使用 websockets 將數(shù)據(jù)推送到客戶(hù)端。公司內(nèi)部和公共服務(wù)的狀態(tài)都可以使用該技術(shù)得到實(shí)時(shí)報(bào)告。

注意：不要嘗試在 Node.js 中構(gòu)建硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)（即需要一致響應(yīng)時(shí)間的系統(tǒng)）。對(duì)于那類(lèi)應(yīng)用程序，Erlang 可能是更好的選擇。

哪些場(chǎng)合可以使用 Node.js

服務(wù)器端 Web 應(yīng)用

配合 Express.js 的 Node.js 也可在服務(wù)器端創(chuàng)建經(jīng)典 Web 應(yīng)用。對(duì)于這種方法，有人支持也有人反對(duì)。以下是一些需要考慮的問(wèn)題：

優(yōu)點(diǎn)：

• 如果你的程序沒(méi)有任何 CPU 密集型計(jì)算，可以用 Javascript 和對(duì)象存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)（如MongoDB）構(gòu)建它，甚至可以在數(shù)據(jù)庫(kù)級(jí)別進(jìn)行構(gòu)建。這顯著的簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)工作。
• 爬蟲(chóng)會(huì)收到一個(gè)能夠完全呈現(xiàn)的 HTML 響應(yīng)，這比單頁(yè)應(yīng)用或在 Node.js 上運(yùn)行的 websockets 應(yīng)用程序更能進(jìn)行 SEO 。

缺點(diǎn)：

• 任何 CPU 密集型計(jì)算都會(huì)阻止 Node.js 響應(yīng)，因此線程平臺(tái)是一種更好的方法。
• 將 Node.js 與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)放一起使用仍然非常困難（