NodeJS 基本认知

什么是 NodeJS

NodeJS 是一个基于 Chrome V8 引擎的 JavaScript 运行时环境。它使得 JavaScript 可以运行在服务器端,执行各种后端任务,如文件读写、网络通信、数据库操作等。NodeJS 的出现,极大地拓展了 JavaScript 的应用范围,使其不再局限于浏览器环境。

作为一名前端开发者,我们通常使用 JavaScript 编写客户端代码,而 NodeJS 的出现让我们也能用 JavaScript 编写服务器端代码。这意味着,我们可以使用同一种语言进行全栈开发,大大提高了开发效率。

NodeJS 特点

NodeJS 有以下几个主要特点:

1. 非阻塞 I/O

NodeJS 采用非阻塞 I/O 模型,执行 I/O 操作时不会阻塞后续代码的执行。当 I/O 操作完成后,会以事件的形式通知应用程序。这种异步处理方式可以显著提高系统的性能和吞吐量。

传统的同步 I/O 操作会导致线程阻塞,浪费系统资源。而 NodeJS 的非阻塞 I/O 让线程可以在等待 I/O 的同时处理其他请求,充分利用了系统资源。

2. 事件驱动

NodeJS 是基于事件驱动的架构。它通过事件循环来处理并发请求,当有事件发生时,会触发相应的回调函数。这种事件驱动的编程模型非常适合处理高并发场景。

例如,当有新的客户端请求到来时,NodeJS 会将其放入事件队列。事件循环会不断从队列中取出事件,并调用对应的回调函数进行处理。这样可以高效地处理大量并发请求,提高系统的响应速度。

3. 跨平台

NodeJS 可以运行在多个平台上,包括 Windows、Mac、Linux 等。无论是开发环境还是生产环境,都可以方便地部署 NodeJS 应用。

跨平台特性使得 NodeJS 成为一个通用的后端开发平台。开发者可以在自己熟悉的操作系统上进行开发,然后轻松地将应用部署到不同的服务器环境中。

4. 丰富的包管理系统

NodeJS 拥有强大的包管理系统 npm（Node Package Manager）。npm 提供了海量的第三方模块,涵盖了各种功能领域。开发者可以轻松地通过 npm 安装和使用这些模块,大大提高了开发效率。

目前,npm 已经成为世界上最大的包管理系统之一。庞大的社区生态为 NodeJS 的发展提供了强大的动力。无论是常用的工具库、框架,还是特定领域的模块,都可以在 npm 中找到。

核心概念

要深入理解 NodeJS,需要掌握以下几个核心概念:

1. 模块系统

NodeJS 采用模块化的开发方式,每个文件都被视为一个独立的模块。通过 module.exports 或 exports 对象来导出模块的公共接口,其他模块可以通过 require 函数引入并使用导出的接口。

CommonJS 是 NodeJS 使用的模块规范。下面是一个简单的模块导出和引入示例

// math.js
function add(a, b) {
  return a + b;
}

module.exports = {
  add: add,
};

// main.js
const math = require('./math');
console.log(math.add(1, 2)); // 输出 3

除了 CommonJS,NodeJS 还支持 ES6 的模块语法。使用 export 和 import 关键字可以实现模块的导出和引入:

// utils.js
export function formatDate(date) {
  // ...
}

// app.js
import { formatDate } from './utils';
console.log(formatDate(new Date()));

模块化开发带来了代码的可维护性和可重用性。通过将功能拆分为独立的模块,可以提高代码的组织性和可读性。

2. 事件循环

NodeJS 通过事件循环（Event Loop）来处理异步操作。事件循环是 NodeJS 的核心,它负责接收事件、调用回调函数以及维护事件队列。

事件循环的基本流程如下:

执行同步代码,将不同的任务划分为不同的事件
将任务放入事件队列中等待执行
当某个事件完成时,将其回调函数加入任务队列等待执行
不断重复上述步骤,实现异步执行

事件循环中有两种类型的任务:

宏任务（MacroTask）:包括整体代码、setTimeout、setInterval 等
微任务（MicroTask）:包括 Promise、process.nextTick 等

事件循环会优先执行微任务队列中的任务,然后再执行宏任务队列中的任务。这种执行顺序保证了异步操作的有序性和高效性。

3. 内置模块

NodeJS 提供了一系列内置模块,这些模块封装了操作系统底层的功能,使得开发者可以直接使用,无需重复造轮子。

常用的内置模块包括:

fs: 提供文件系统相关的操作,如文件读写、目录操作等。
path: 提供路径相关的操作,如路径拼接、解析等。
http: 提供创建 HTTP 服务器和客户端的能力。
events: 提供事件发射和监听的功能。
stream: 提供流式数据处理的能力,如文件流、网络流等。

下面是一个使用 fs 模块读取文件的示例

const fs = require('fs');

fs.readFile('data.txt', 'utf8', (err, data) => {
  if (err) {
    console.error(err);
    return;
  }
  console.log(data);
});

通过使用内置模块,我们可以快速实现各种功能,提高开发效率。同时,内置模块经过了严格的测试和优化,具有较高的性能和稳定性。

4. 异步编程

NodeJS 采用异步编程模型,通过回调函数、Promise、async/await 等方式来处理异步操作。异步编程可以避免阻塞 I/O,提高系统的并发性能。

下面是使用回调函数处理异步读取文件的示例

const fs = require('fs');

fs.readFile('file.txt', (err, data) => {
  if (err) {
    console.error(err);
    return;
  }
  console.log(data.toString());
});

使用 Promise 可以更优雅地处理异步操作,避免回调地狱:

const fs = require('fs').promises;

async function readFile() {
  try {
    const data = await fs.readFile('file.txt', 'utf8');
    console.log(data);
  } catch (err) {
    console.error(err);
  }
}

readFile();

通过 async/await,我们可以以同步的方式编写异步代码,提高代码的可读性和可维护性。

应用场景

NodeJS 适用于各种场景,下面列举了一些常见的应用场景:

1. Web 服务器

NodeJS 非常适合编写高性能的 Web 服务器。借助 Express、Koa 等 Web 框架,可以快速搭建 RESTful API 服务、渲染动态网页等。NodeJS 的非阻塞 I/O 和事件驱动特性,使其能够处理大量并发请求,提供高效的 Web 服务。

2. 命令行工具

NodeJS 可以用于开发命令行工具。借助 Commander.js、Inquirer.js 等库,可以方便地解析命令行参数、处理用户交互等。许多前端构建工具,如 Webpack、Gulp、Babel 等,都是基于 NodeJS 编写的。

3. 实时应用

NodeJS 支持 WebSocket,可以用于开发实时应用,如在线聊天、协作编辑、实时数据推送等。Socket.IO 就是一个基于 NodeJS 的实时通信库,它封装了 WebSocket 和轮询等技术,提供了简单易用的 API。

4. 前端工程化

NodeJS 在前端工程化中扮演着重要的角色。前端项目通常需要进行模块打包、代码转换、资源压缩等工作,这些任务都可以通过 NodeJS 实现。例如,使用 Webpack 进行模块打包,使用 Babel 进行 ES6 代码转换,使用 UglifyJS 进行代码压缩等。

5. 微服务

NodeJS 轻量级、可扩展的特点,使其非常适合构建微服务架构。每个微服务可以独立开发、部署和扩展,通过 API 进行通信。NodeJS 的高并发能力和快速启动速度,使得微服务可以快速响应请求,提供高可用的服务。

什么是 NodeJS​

NodeJS 特点​

核心概念​

1. 模块系统​

2. 事件循环​

3. 内置模块​

4. 异步编程​

应用场景​