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（一）什么是Node.js

2018-02-24 16:10 更新

【編者按】：Node.js從2009年誕生至今，已經(jīng)發(fā)展了兩年有余，其成長(zhǎng)的速度有目共睹。從在github的訪問(wèn)量超過(guò)Rails，到去年底Node.jsS創(chuàng)始人Ryan Dalh加盟Joyent獲得企業(yè)資助，再到今年發(fā)布Windows移植版本，Node.js的前景獲得了技術(shù)社區(qū)的肯定。InfoQ一直在關(guān)注Node.js的發(fā)展，在今年的兩次Qcon大會(huì)（北京站和杭州站）都有專門(mén)的講座。為了更好地促進(jìn)Node.js在國(guó)內(nèi)的技術(shù)推廣，我們決定開(kāi)設(shè)“深入淺出Node.js”專欄，邀請(qǐng)來(lái)自Node.js領(lǐng)域的布道師、開(kāi)發(fā)人員、技術(shù)專家來(lái)講述Node.js的各方面內(nèi)容，讓讀者對(duì)Node.js有更深入的了解，并且能夠積極投入到新技術(shù)的討論和實(shí)踐中。

專欄的第一篇文章《什么是Node.js》嘗試從各個(gè)角度來(lái)闡述Node.js的基本概念、發(fā)展歷史、優(yōu)勢(shì)等，對(duì)該領(lǐng)域不熟悉的開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)本文了解Node.js的一些基礎(chǔ)知識(shí)。

從名字說(shuō)起

有關(guān)Node.js的技術(shù)報(bào)道越來(lái)越多，Node.js的寫(xiě)法也是五花八門(mén)，有寫(xiě)成NodeJS的，有寫(xiě)成Nodejs的，到底哪一種寫(xiě)法最標(biāo)準(zhǔn)呢，我們不妨遵循官方的說(shuō)法。在Node.js的官方網(wǎng)站上，一直將其項(xiàng)目稱之為”Node“或者”Node.js“，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其他的說(shuō)法，”Node“用的最多，考慮到Node這個(gè)單詞的意思和用途太廣泛，容易讓開(kāi)發(fā)人員誤解，我們采用了第二種稱呼——”Node.js“，js的后綴點(diǎn)出了Node項(xiàng)目的本意，其他的名稱五花八門(mén)，沒(méi)有確切的出處，我們不推薦使用。

Node.js不是JS應(yīng)用、而是JS運(yùn)行平臺(tái)

看到Node.js這個(gè)名字，初學(xué)者可能會(huì)誤以為這是一個(gè)Javascript應(yīng)用，事實(shí)上，Node.js采用C++語(yǔ)言編寫(xiě)而成，是一個(gè)Javascript的運(yùn)行環(huán)境。為什么采用C++語(yǔ)言呢？據(jù)Node.js創(chuàng)始人Ryan Dahl回憶，他最初希望采用Ruby來(lái)寫(xiě)Node.js，但是后來(lái)發(fā)現(xiàn)Ruby虛擬機(jī)的性能不能滿足他的要求，后來(lái)他嘗試采用V8引擎，所以選擇了C++語(yǔ)言。既然不是Javascript應(yīng)用，為何叫.js呢？因?yàn)镹ode.js是一個(gè)Javascript的運(yùn)行環(huán)境。提到Javascript，大家首先想到的是日常使用的瀏覽器，現(xiàn)代瀏覽器包含了各種組件，包括渲染引擎、Javascript引擎等，其中Javascript引擎負(fù)責(zé)解釋執(zhí)行網(wǎng)頁(yè)中的Javascript代碼。作為Web前端最重要的語(yǔ)言之一，Javascript一直是前端工程師的專利。不過(guò)，Node.js是一個(gè)后端的Javascript運(yùn)行環(huán)境（支持的系統(tǒng)包括*nux、Windows），這意味著你可以編寫(xiě)系統(tǒng)級(jí)或者服務(wù)器端的Javascript代碼，交給Node.js來(lái)解釋執(zhí)行，簡(jiǎn)單的命令類(lèi)似于：

#node helloworld.js

Node.js采用了Google Chrome瀏覽器的V8引擎，性能很好，同時(shí)還提供了很多系統(tǒng)級(jí)的API，如文件操作、網(wǎng)絡(luò)編程等。瀏覽器端的Javascript代碼在運(yùn)行時(shí)會(huì)受到各種安全性的限制，對(duì)客戶系統(tǒng)的操作有限。相比之下，Node.js則是一個(gè)全面的后臺(tái)運(yùn)行時(shí)，為Javascript提供了其他語(yǔ)言能夠?qū)崿F(xiàn)的許多功能。

Node.js采用事件驅(qū)動(dòng)、異步編程，為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)而設(shè)計(jì)

事件驅(qū)動(dòng)這個(gè)詞并不陌生，在某些傳統(tǒng)語(yǔ)言的網(wǎng)絡(luò)編程中，我們會(huì)用到回調(diào)函數(shù)，比如當(dāng)socket資源達(dá)到某種狀態(tài)時(shí)，注冊(cè)的回調(diào)函數(shù)就會(huì)執(zhí)行。Node.js的設(shè)計(jì)思想中以事件驅(qū)動(dòng)為核心，它提供的絕大多數(shù)API都是基于事件的、異步的風(fēng)格。以Net模塊為例，其中的net.Socket對(duì)象就有以下事件：connect、data、end、timeout、drain、error、close等，使用Node.js的開(kāi)發(fā)人員需要根據(jù)自己的業(yè)務(wù)邏輯注冊(cè)相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)。這些回調(diào)函數(shù)都是異步執(zhí)行的，這意味著雖然在代碼結(jié)構(gòu)中，這些函數(shù)看似是依次注冊(cè)的，但是它們并不依賴于自身出現(xiàn)的順序，而是等待相應(yīng)的事件觸發(fā)。事件驅(qū)動(dòng)、異步編程的設(shè)計(jì)（感興趣的讀者可以查閱筆者的另一篇文章《Node .js的異步編程風(fēng)格》），重要的優(yōu)勢(shì)在于，充分利用了系統(tǒng)資源，執(zhí)行代碼無(wú)須阻塞等待某種操作完成，有限的資源可以用于其他的任務(wù)。此類(lèi)設(shè)計(jì)非常適合于后端的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)編程，Node.js的目標(biāo)也在于此。在服務(wù)器開(kāi)發(fā)中，并發(fā)的請(qǐng)求處理是個(gè)大問(wèn)題，阻塞式的函數(shù)會(huì)導(dǎo)致資源浪費(fèi)和時(shí)間延遲。通過(guò)事件注冊(cè)、異步函數(shù)，開(kāi)發(fā)人員可以提高資源的利用率，性能也會(huì)改善。

從Node.js提供的支持模塊中，我們可以看到包括文件操作在內(nèi)的許多函數(shù)都是異步執(zhí)行的，這和傳統(tǒng)語(yǔ)言存在區(qū)別，而且為了方便服務(wù)器開(kāi)發(fā)，Node.js的網(wǎng)絡(luò)模塊特別多，包括HTTP、DNS、NET、UDP、HTTPS、TLS等，開(kāi)發(fā)人員可以在此基礎(chǔ)上快速構(gòu)建Web服務(wù)器。以簡(jiǎn)單的helloworld.js為例：

var http = require('http');
http.createServer(function (req, res) {
    res.writeHead(200, {'Content-Type': 'text/plain'});
    res.end('Hello World\n');
}).listen(80, "127.0.0.1");

上面的代碼搭建了一個(gè)簡(jiǎn)單的http服務(wù)器（運(yùn)行示例部署在http ://helloworld .cnodejs .net /中，讀者可以訪問(wèn)），在本地監(jiān)聽(tīng)80端口，對(duì)于任意的http請(qǐng)求，服務(wù)器都返回一個(gè)頭部狀態(tài)碼為200、Content-Type'值為text/plain'的”Hello World“文字響應(yīng)。從這個(gè)小例子中，我們可以看出幾點(diǎn)：

Node.js的網(wǎng)絡(luò)編程比較便利，提供的模塊（在這里是http）開(kāi)放了容易上手的API接口，短短幾行代碼就可以構(gòu)建服務(wù)器。
體現(xiàn)了事件驅(qū)動(dòng)、異步編程，在createServer函數(shù)的參數(shù)中指定了一個(gè)回調(diào)函數(shù)（采用Javascript的匿名函數(shù)實(shí)現(xiàn)），當(dāng)有http請(qǐng)求發(fā)送過(guò)來(lái)時(shí)，Node.js就會(huì)調(diào)用該回調(diào)函數(shù)來(lái)處理請(qǐng)求并響應(yīng)。當(dāng)然，這個(gè)例子相對(duì)簡(jiǎn)單，沒(méi)有太多的事件注冊(cè)，在以后的文章中讀者會(huì)看到更多的實(shí)際例子。

Node.js的特點(diǎn)

下面我們來(lái)說(shuō)說(shuō)Node.js的特點(diǎn)。事件驅(qū)動(dòng)、異步編程的特點(diǎn)剛才已經(jīng)詳細(xì)說(shuō)過(guò)了，這里不再重復(fù)。

Node.js的性能不錯(cuò)。按照創(chuàng)始人Ryan Dahl的說(shuō)法，性能是Node.js考慮的重要因素，選擇C++和V8而不是Ruby或者其他的虛擬機(jī)也是基于性能的目的。Node.js在設(shè)計(jì)上也是比較大膽，它以單進(jìn)程、單線程模式運(yùn)行（很吃驚，對(duì)吧？這和Javascript的運(yùn)行方式一致），事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制是Node.js通過(guò)內(nèi)部單線程高效率地維護(hù)事件循環(huán)隊(duì)列來(lái)實(shí)現(xiàn)的，沒(méi)有多線程的資源占用和上下文切換，這意味著面對(duì)大規(guī)模的http請(qǐng)求，Node.js憑借事件驅(qū)動(dòng)搞定一切，習(xí)慣了傳統(tǒng)語(yǔ)言的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)開(kāi)發(fā)人員可能對(duì)多線程并發(fā)和協(xié)作非常熟悉，但是面對(duì)Node.js，我們需要接受和理解它的特點(diǎn)。由此我們是否可以推測(cè)出這樣的設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致負(fù)載的壓力集中在CPU（事件循環(huán)處理？）而不是內(nèi)存（還記得Java虛擬機(jī)拋出OutOfMemory異常的日子嗎？），眼見(jiàn)為實(shí)，不如來(lái)看看淘寶共享數(shù)據(jù)平臺(tái)團(tuán)隊(duì)對(duì)Node.js的性能測(cè)試：

物理機(jī)配置：RHEL 5.2、CPU 2.2GHz、內(nèi)存4G
Node.js應(yīng)用場(chǎng)景：MemCache代理，每次取100字節(jié)數(shù)據(jù)
連接池大?。?0
并發(fā)用戶數(shù)：100
測(cè)試結(jié)果（socket模式）：內(nèi)存（30M）、QPS（16700）、CPU（95%）

從上面的結(jié)果，我們可以看到在這樣的測(cè)試場(chǎng)景下，qps能夠達(dá)到16700次，內(nèi)存僅占用30M（其中V8堆占用22M），CPU則達(dá)到95%，可能成為瓶頸。此外，還有不少實(shí)踐者對(duì)Node.js做了性能分析，總的來(lái)說(shuō)，它的性能讓人信服，也是受歡迎的重要原因。既然Node.js采用單進(jìn)程、單線程模式，那么在如今多核硬件流行的環(huán)境中，單核性能出色的Node.js如何利用多核CPU呢？創(chuàng)始人Ryan Dahl建議，運(yùn)行多個(gè)Node.js進(jìn)程，利用某些通信機(jī)制來(lái)協(xié)調(diào)各項(xiàng)任務(wù)。目前，已經(jīng)有不少第三方的Node.js多進(jìn)程支持模塊發(fā)布，專欄后面的文章會(huì)詳細(xì)講述Node.js在多核CPU下的編程。

Node.js的另一個(gè)特點(diǎn)是它支持的編程語(yǔ)言是Javascript。關(guān)于動(dòng)態(tài)語(yǔ)言和靜態(tài)語(yǔ)言的優(yōu)缺點(diǎn)比較在這里不再展開(kāi)討論。只說(shuō)三點(diǎn)：

var hostRequest = http.request(requestOptions,function(response) {
    var responseHTML ='';
    response.on('data', function (chunk) {
        responseHTML = responseHTML + chunk;
    });
    response.on('end',function(){
        console.log(responseHTML);
        // do something useful
   });
});

在上面的代碼中，我們需要在end事件中處理responseHTML變量，由于Javascript的閉包特性，我們可以在兩個(gè)回調(diào)函數(shù)之外定義responseHTML變量，然后在data事件對(duì)應(yīng)的回調(diào)函數(shù)中不斷修改其值，并最終在end事件中訪問(wèn)處理。

Javascript作為前端工程師的主力語(yǔ)言，在技術(shù)社區(qū)中有相當(dāng)?shù)奶?hào)召力。而且，隨著Web技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是前端的重要性增加，不少前端工程師開(kāi)始試水”后臺(tái)應(yīng)用“，在許多采用Node.js的企業(yè)中，工程師都表示因?yàn)榱?xí)慣了Javascript，所以選擇Node.js。
Javascript的匿名函數(shù)和閉包特性非常適合事件驅(qū)動(dòng)、異步編程，從helloworld例子中我們可以看到回調(diào)函數(shù)采用了匿名函數(shù)的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，很方便。閉包的作用則更大，看下面的代碼示例：
Javascript在動(dòng)態(tài)語(yǔ)言中性能較好，有開(kāi)發(fā)人員對(duì)Javacript、Python、Ruby等動(dòng)態(tài)語(yǔ)言做了性能分析，發(fā)現(xiàn)Javascript的性能要好于其他語(yǔ)言，再加上V8引擎也是同類(lèi)的佼佼者，所以Node.js的性能也受益其中。

Node.js發(fā)展簡(jiǎn)史

2009年2月，Ryan Dahl在博客上宣布準(zhǔn)備基于V8創(chuàng)建一個(gè)輕量級(jí)的Web服務(wù)器并提供一套庫(kù)。

2009年5月，Ryan Dahl在GitHub上發(fā)布了最初版本的部分Node.js包，隨后幾個(gè)月里，有人開(kāi)始使用Node.js開(kāi)發(fā)應(yīng)用。

2009年11月和2010年4月，兩屆JSConf大會(huì)都安排了Node.js的講座。

2010年年底，Node.js獲得云計(jì)算服務(wù)商Joyent資助，創(chuàng)始人Ryan Dahl加入Joyent全職負(fù)責(zé)Node.js的發(fā)展。

2011年7月，Node.js在微軟的支持下發(fā)布Windows版本。

Node.js應(yīng)用案例

雖然Node.js誕生剛剛兩年多，但是其發(fā)展勢(shì)頭逐漸趕超Ruby/Rails，我們?cè)谶@里列舉了部分企業(yè)應(yīng)用Node.js的案例，聽(tīng)聽(tīng)來(lái)自客戶的聲音。

在社交網(wǎng)站LinkedIn最新發(fā)布的移動(dòng)應(yīng)用中，NodeJS是該移動(dòng)應(yīng)用的后臺(tái)基礎(chǔ)。LinkedIn移動(dòng)開(kāi)發(fā)主管Kiran Prasad對(duì)媒體表示，其整個(gè)移動(dòng)軟件平臺(tái)都由NodeJS構(gòu)建而成：

LinkedIn內(nèi)部使用了大量的技術(shù)，但是在移動(dòng)服務(wù)器這一塊，我們完全基于Node。

（使用它的原因）第一，是因?yàn)槠潇`活性。第二，如果你了解Node，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它最擅長(zhǎng)的事情是與其他服務(wù)通信。移動(dòng)應(yīng)用必須與我們的平臺(tái)API和數(shù)據(jù)庫(kù)交互。我們沒(méi)有做太多數(shù)據(jù)分析。相比之前采用的Ruby on Rails技術(shù)，開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)Node在性能方面提高很多。他們?cè)诿颗_(tái)物理機(jī)上跑了15個(gè)虛擬服務(wù)器（15個(gè)實(shí)例），其中4個(gè)實(shí)例即可處理雙倍流量。容量評(píng)估基于負(fù)載測(cè)試的結(jié)果。

企業(yè)社會(huì)化服務(wù)網(wǎng)站Yammer則利用Node創(chuàng)建了針對(duì)其自身平臺(tái)的跨域代理服務(wù)器，第三方的開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)該服務(wù)器實(shí)現(xiàn)從自身域托管的Javascript代碼與Yammer平臺(tái)API的AJAX通信。Yammer平臺(tái)技術(shù)主管Jim Patterson對(duì)Node的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)提出了自己的看法：

（優(yōu)點(diǎn)）因?yàn)镹ode是基于事件驅(qū)動(dòng)和無(wú)阻塞的，所以非常適合處理并發(fā)請(qǐng)求，因此構(gòu)建在Node上的代理服務(wù)器相比其他技術(shù)實(shí)現(xiàn)（如Ruby）的服務(wù)器表現(xiàn)要好得多。此外，與Node代理服務(wù)器交互的客戶端代碼是由javascript語(yǔ)言編寫(xiě)的，因此客戶端和服務(wù)器端都用同一種語(yǔ)言編寫(xiě)，這是非常美妙的事情。

（缺點(diǎn)）Node是一個(gè)相對(duì)新的開(kāi)源項(xiàng)目，所以不太穩(wěn)定，它總是一直在變，而且缺少足夠多的第三方庫(kù)支持。看起來(lái)，就像是Ruby/Rails當(dāng)年的樣子。

知名項(xiàng)目托管網(wǎng)站GitHub也嘗試了Node應(yīng)用。該Node應(yīng)用稱為NodeLoad，是一個(gè)存檔下載服務(wù)器（每當(dāng)你下載某個(gè)存儲(chǔ)分支的tarball或者zip文件時(shí)就會(huì)用到它）。GitHub之前的存檔下載服務(wù)器采用Ruby編寫(xiě)。在舊系統(tǒng)中，下載存檔的請(qǐng)求會(huì)創(chuàng)建一個(gè)Resque任務(wù)。該任務(wù)實(shí)際上在存檔服務(wù)器上運(yùn)行一個(gè)git archive命令，從某個(gè)文件服務(wù)器中取出數(shù)據(jù)。然后，初始的請(qǐng)求分配給你一個(gè)小型Ruby Sinatra應(yīng)用等待該任務(wù)。它其實(shí)只是在檢查memcache flag是否存在，然后再重定向到最終的下載地址上。舊系統(tǒng)運(yùn)行大約3個(gè)Sinatra實(shí)例和3個(gè)Resque worker。GitHub的開(kāi)發(fā)人員覺(jué)得這是Node應(yīng)用的好機(jī)會(huì)。Node基于事件驅(qū)動(dòng)，相比Ruby的阻塞模型，Node能夠更好地處理git存檔。在編寫(xiě)新下載服務(wù)器過(guò)程中，開(kāi)發(fā)人員覺(jué)得Node非常適合該功能，此外，他們還里利用了Node庫(kù)socket.io來(lái)監(jiān)控下載狀態(tài)。

不僅在國(guó)外，Node的優(yōu)點(diǎn)也同樣吸引了國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)人員的注意，淘寶就實(shí)際應(yīng)用了Node技術(shù)：

MyFOX 是一個(gè)數(shù)據(jù)處理中間件，負(fù)責(zé)從一個(gè)MySQL集群中提取數(shù)據(jù)、計(jì)算并輸出統(tǒng)計(jì)結(jié)果。用戶提交一段SQL語(yǔ)句，MyFOX根據(jù)該SQL命令的語(yǔ)義，生成各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)分片所需要執(zhí)行的查詢語(yǔ)句，并發(fā)送至各個(gè)分片，再將結(jié)果進(jìn)行匯總和計(jì)算。 MyFOX的特點(diǎn)是CPU密集，無(wú)文件IO，并只處理只讀數(shù)據(jù)。起初MyFOX使用PHP編寫(xiě)，但遇到許多問(wèn)題。例如PHP是單線程的，MySQL又需要阻塞查詢，因此很難并發(fā)請(qǐng)求數(shù)據(jù)，后來(lái)的解決方案是使用nginx和dirzzle，并基于HTTP協(xié)議實(shí)現(xiàn)接口，并通過(guò)curl_multi_get命令進(jìn)行請(qǐng)求。不過(guò)MyFOX項(xiàng)目組最終還是決定使用Node.js來(lái)實(shí)現(xiàn)MyFOX。

選擇Node.js有許多方面的原因，比如考慮了興趣及社區(qū)發(fā)展，同時(shí)也希望可以提高并發(fā)能力，榨干CPU。例如，頻繁地打開(kāi)和關(guān)閉連接會(huì)讓大量端口處于等待狀態(tài)，當(dāng)并發(fā)數(shù)量上去之后，時(shí)常會(huì)因?yàn)槎丝诓粔蛴茫ㄌ幱赥IME_WAIT狀態(tài)）而導(dǎo)致連接失敗。之前往往是通過(guò)修改系統(tǒng)設(shè)置來(lái)減少等待時(shí)間以繞開(kāi)這個(gè)錯(cuò)誤，然而使用連接池便可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題。此外，以前MyFOX會(huì)在某些緩存失效的情況下出現(xiàn)十分密集的訪問(wèn)壓力，使用 Node.js便可以共享查詢狀態(tài)，讓某些請(qǐng)求“等待片刻”，以便系統(tǒng)重新填充緩存內(nèi)容。

小結(jié)

本文簡(jiǎn)要介紹了Node.js的基本知識(shí)，包括概念、特點(diǎn)、歷史、案例等等。作為一個(gè)僅僅2歲的平臺(tái)，Node.js的發(fā)展勢(shì)頭有目共睹，越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始關(guān)注并嘗試Node.js，前后端開(kāi)發(fā)人員應(yīng)該了解相關(guān)的內(nèi)容。