Node.js：定义与功能解析

我们先回答 Node.js是什么?
Node 是一个服务器端 JavaScript 解释器，它将改变服务器应该如何工作的概念。它的目标是帮助程序员构建高度可伸缩的应用程序，编写能够处理数万条同时连接到一个（只有一个）物理机的连接代码。

Node 旨在解决什么问题？

Node 公开宣称的目标是 “旨在提供一种简单的构建可伸缩网络程序的方法”。当前的服务器程序有什么问题？我们来做个数学题。在 Java™ 和 PHP 这类语言中，每个连接都会生成一个新线程，每个新线程可能需要 2 MB 的配套内存。在一个拥有 8 GB RAM 的系统上，理论上最大的并发连接数量是 4,000 个用户。随着您的客户群的增长，如果希望您的 Web 应用程序支持更多用户，那么，您必须添加更多服务器。当然，这会增加服务器成本、流量成本和人工成本等成本。除这些成本上升外，还有一个潜在技术问题，即 用户可能针对每个请求使用不同的服务器，因此，任何共享资源都必须在所有服务器之间共享。鉴于上述所有原因，整个 Web 应用程序架构（包括流量、处理器速度和内存速度）中的瓶颈是：服务器能够处理的并发连接的最大数量。

Node 解决这个问题的方法是：更改连接到服务器的方式。每个连接发射一个在 Node 引擎的进程中运行的事件，而不是为每个连接生成一个新的 OS 线程（并为其分配一些配套内存）。Node 声称它绝不会死锁，因为它根本不允许使用锁，它不会直接阻塞 I/O 调用。Node 还宣称，运行它的服务器能支持数万个并发连接。

现在您有了一个能处理数万个并发连接的程序，那么您能通过 Node 实际构建什么呢？如果您有一个 Web 应用程序需要处理这么多连接，那将是一件很 “恐怖” 的事！那是一种 “如果您有这个问题，那么它根本不是问题” 的问题。在回答上面的问题之前，我们先看看 Node 的工作原理以及它的设计运行方式。

Node 肯定不是什么？

没错，Node 是一个服务器程序。但是，基础 Node 产品肯定不 像 Apache 或 Tomcat。本质上，那些服务器 “安装就绪型” 服 务器产品，支持立即部署应用程序。通过这些产品，您可以在一分钟内启动并运行一个服务器。Node 肯定不是这种产品。Apache 能通过添加一个 PHP 模块来允许开发人员创建动态 Web 页，添加一个 SSL 模块来实现安全连接，与此类似，Node 也有模块概念，允许向 Node 内核添加模块。实际上，可供选择的用于 Node 的模块有数百个之多，社区在创建、发布和更新模块方面非常活跃，一天甚至可以处理数十个模块。本文后面将讨论 Node 的整个模块部分。

Node 如何工作？

Node 本身运行 V8 JavaScript。等等，服务器上的 JavaScript？没错，您没有看错。对于只在客户机上使用 JavaScript 的程序员而言，服务器端 JavaScript 可能是一个新概念，但这个概念本身并非遥不可及，因此为何不能在服务器上使用客户机上使用的编程语言？

什么是 V8？V8 JavaScript 引擎是 Google 用于其 Chrome 浏览器的底层 JavaScript 引擎。很少有人考虑 JavaScript 在客户机上实际做了些什么？实际上，JavaScript 引擎负责解释并执行代码。Google 使用 V8 创建了一个用 C++ 编写的超快解释器，该解释器拥有另一个独特特征；您可以下载该引擎并将其嵌入任何 应用程序。V8 JavaScript 引擎并不仅限于在一个浏览器中运行。因此，Node 实际上会使用 Google 编写的 V8 JavaScript 引擎，并将其重建为可在服务器上使用。太完美了！既然已经有一个不错的解决方案可用，为何还要创建一种新语言呢？

事件驱动编程

许多程序员接受的教育使他们认为，面向对象编程是完美的编程设计，这使得他们对其他编程方法不屑一顾。Node 使用了一个所谓的事件驱动编程模型。

清单 1. 客户端上使用 jQuery 的事件驱动编程

// 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"); });

实际上，服务器端和客户端没有任何区别。没错，这没有按钮点击操作，也没有向文本字段键入的操作，但在一个更高的层面上，事件正在 发生。一个连接被建立，这是一个事件！数据通过连接进行接收，这也是一个事件！数据通过连接停止，这还是一个事件！

为 什么这种设置类型对 Node 很理想？JavaScript 是一种很棒的事件驱动编程语言，因为它允许使用匿名函数和闭包，更重要的是，任何写过代码的人都熟悉它的语法。事件发生时调用的回调函数可以在捕获事件处 进行编写。这样可以使代码容易编写和维护，没有复杂的面向对象框架，没有接口，没有过度设计的可能性。只需监听事件，编写一个回调函数，其他事情都可以交 给系统处理！

示例 Node 应用程序

最 后，我们来看一些代码！让我们将讨论过的所有内容汇总起来，从而创建我们的第一个 Node 应用程序。我们已经知道，Node 对于处理高流量应用程序很理想，所以我们将创建一个非常简单的 Web 应用程序，一个为实现最快速度而构建的应用程序。下面是 “老板” 交代的关于我们的样例应用程序的具体要求：创建一个随机数字生成器 RESTful API。这个应用程序应该接受一个输入：一个名为 “number” 的参数。然后，应用程序返回一个介于 0 和该参数之间的随机数字，并将生成的数字返回给调用者。由于 “老板” 希望该应用程序成为一个广泛流行的应用程序，因此它应该能处理 50,000 个并发用户。我们来看看以下代码：

清单 2. Node 随机数字生成器

/ 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 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...");

启动应用程序

将上面的代码放入一个名为 “random.js” 的文件中。现在，要启动这个应用程序并运行它（以便创建 HTTP 服务器并监听端口 80 上的连接），只需在您的命令提示中输入以下命令：% node random.js。下面是服务器已经启动并运行时看起来的样子：

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

访问应用程序

应 用程序已经启动并运行。Node 正在监听所有连接，我们来测试一下。由于我们创建了一个简单的 RESTful API，所以可以使用 Web 浏览器来访问这个应用程序。键入以下地址（确保您已完成了上面的步骤）：http://localhost/?number=27。

您的浏览器窗口将更改到一个介于 0 到 27 之间的随机数字。单击浏览器上的 “重新载入” 按钮，您会得到另一个随机数字。就是这样，这就是您的第一个 Node 应用程序！

Node 对什么有好处？

到此为止，您可能能够回答 “Node 是什么” 这个问题了，但您可能还有一个问题：“Node 有什么用途？” 这是一个需要提出的重要问题，因为肯定有些东西能受益于 Node。

它对什么有好处？

正如您此前所看到的，Node 非常适合以下情况：在响应客户端之前，您预计可能有很高的流量，但所需的服务器端逻辑和处理不一定很多。Node 表现出众的典型示例包括：

RESTful API

提 供 RESTful API 的 Web 服务接收几个参数，解析它们，组合一个响应，并返回一个响应（通常是较少的文本）给用户。这是适合 Node 的理想情况，因为您可以构建它来处理数万条连接。它仍然不需要大量逻辑；它本质上只是从某个数据库中查找一些值并将它们组成一个响应。由于响应是少量文 本，入站请求也是少量的文本，因此流量不高，一台机器甚至也可以处理最繁忙的公司的 API 需求。

Twitter 队列

想 像一下像 Twitter 这样的公司，它必须接收 tweets 并将其写入数据库。实际上，每秒几乎有数千条 tweet 达到，数据库不可能及时处理高峰时段所需的写入数量。Node 成为这个问题的解决方案的重要一环。如您所见，Node 能处理数万条入站 tweet。它能快速而又轻松地将它们写入一个内存排队机制（例如 memcached），另一个单独进程可以从那里将它们写入数据库。Node 在这里的角色是迅速收集 tweet，并将这个信息传递给另一个负责写入的进程。想象一下另一种设计（常规 PHP 服务器会自己尝试处理对数据库本身的写入）：每个 tweet 都会在写入数据库时导致一个短暂的延迟，因为数据库调用正在阻塞通道。由于数据库延迟，一台这样设计的机器每秒可能只能处理 2000 条入站 tweet。每秒处理 100 万条 tweet 则需要 500 个服务器。相反，Node 能处理每个连接而不会阻塞通道，从而能够捕获尽可能多的 tweets。一个能处理 50,000 条 tweet 的 Node 机器仅需 20 台服务器即可。

电子游戏统计数据

如 果您在线玩过《使命召唤》这款游戏，当您查看游戏统计数据时，就会立即意识到一个问题：要生成那种级别的统计数据，必须跟踪海量信息。这样，如果有数百万 玩家同时在线玩游戏，而且他们处于游戏中的不同位置，那么很快就会生成海量信息。Node 是这种场景的一种很好的解决方案，因为它能采集游戏生成的数据，对数据进行最少的合并，然后对数据进行排队，以便将它们写入数据库。使用整个服务器来跟踪 玩家在游戏中发射了多少子弹看起来很愚蠢，如果您使用 Apache 这样的服务器，可能会 有一些有用的限制；但相反，如果您专门使用一个服务器来跟踪一个游戏的所有统计数据，就像使用运行 Node 的服务器所做的那样，那看起来似乎是一种明智之举。

Node 模块

尽 管不是本文最初计划讨论的主题，但应广大读者要求，本文已经扩展为包含一个 Node Modules 和 Node Package Manager 简介。正如已经习惯使用 Apache 的开发人员那样，您也可以通过安装模块来扩展 Node 的功能。但是，可用于 Node 的模块极大地 增强了这个产品，那些模块非常有用，将使用 Node 的开发人员通常会安装几个模块。因此，模块也就变得越来越重要，甚至成为整个产品的一个关键部分。

在 “参考资料” 部分，我提供了一个指向模块页面的链接，该页面列示了所有可用模块。为了展示模块能够提供的可能性，我在数十个可用模块中包含了以下几个模块：一个用于编 写动态创建的页面（比如 PHP），一个用于简化 MySQL 使用，一个用于帮助使用 WebSockets，还有一个用来协助文本和参数解析的模块。我不会详细介绍这些模块，这是因为这篇概述文章旨在帮助您了解 Node 并确定是否需要深入学习（再次重申），如果需要，那么您肯定有机会用到这些可用模块。

另外，Node 的一个特性是 Node Package Module，这是一个内置功能，用于安装和管理 Node 模块。它自动处理依赖项，因此您可以确定：您想要安装的任何模块都将正确安装并包含必要的依赖项。它还支持将您自己的模块发布到 Node 社区，假如您选择加入社区并编写自己的模块的话。您可以将 NPM 视为一种允许轻松扩展 Node 功能的方法，不必担心这会破坏您的 Node 安装。同样，如果您选择深入学习 Node，那么 NPM 将是您的 Node 解决方案的一个重要组成部分。

结束语

从 本文可以看出，Node 完成了它提供高度可伸缩服务器的目标。它使用了 Google 的一个非常快速的 JavaScript 引擎，即 V8 引擎。它使用一个事件驱动设计来保持代码最小且易于阅读。所有这些因素促成了 Node 的理想目标，即编写一个高度可伸缩的解决方案变得比较容易。

与理解 Node 是 什么同样重要的是，理解它不是 什么。Node 并不只是 Apache 的一个替代品，它旨在使 PHP Web 应用程序更容易伸缩。事实远非如此。尽管 Node 还处于初始阶段，但它发展得非常迅速，社区参与度非常高，社区成员创建了大量优秀模块，一年之内，这个不断发展的产品就有可能出现在您的企业中。

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