初识NodeJS

news2025/1/20 10:56:18

本文主要基于极客时间《Nodejs开发实战》课程。
本篇（一）为课程的第二篇——技术预研篇。

什么是Nodejs?

来源官网：

  • Node.js 是一个基于 Chrome V8 引擎的 JavaScript 运行环境。
  • Node.js 使用了一个事件驱动、非阻塞式 I/O 的模型，使其轻量又高效。

在Chrome里写NodeJS和在NodeJS里写JS有区别吗？
几乎没有区别，因为都是用V8引擎编译和解释，唯一的区别在于：NodeJS中没有浏览器API，没有浏览器环境变量window、document等等，却多了NodeJS API，比如文件系统、进程管理等。

NodeJS可以做什么？

  1. web服务中间层，搜索引擎优化（SEO）、网页首屏加速。
  2. 服务端渲染+前后端同构
  3. 构建工作流、做JS构建工具（Gulp、webpack等），给各个类型文件做预编译、压缩等，模板预编译、将less转为css，将js压缩混淆等。
  4. Visual Studio Code 是使用NodeJS开发的，甚至可以使用Node编写vscode插件vscode编写插件详细过程
  5. 游戏开发，JS有利于开发扩展模块等。
  6. 客户端应用，在已有网站前提下开发新的客户端应用，可以使用NodeJS客户端技术（electron）（都是使用V8 引擎的底层解释），最大限度复用现有工程。

常见Node 特有API

可以直接创建一个js文件试一下，执行Node命令只需要输入node + js名称 即可。
特有常见环境变量：

  1. __filename: 当前脚本运行所在位置
  2. __dirname: 当前脚本运行所在的目录位置
  3. process：进程对象（运行Node时的运行环境信息）

node版本号version/versions，当前操作系统plantform等
kill / exit 一些管理 / 杀进程操作会使用
hrtime(function:bigint) 时间精度统计
cpuUsage cpu占用率，性能分析时有用
memoryUsage 内存占用率，同上。
env 运行时的环境变量对象集合，Node运行时可以使用env识别改变运行环境，比如正式、测试、本地、debug
argv 用户运行进程时敲击命令记录数组，最新的命令将push到数组的最后一行，如果程序中用到命令行可以使用这个属性。
 比如：node index.js test ，也就是以test命令运行node.js，打印argv，最后一个数就是test。

argv实战测试-一个简单的命令行输入和电脑做石头剪刀布
// index.js
const playerAction = process.argv[process.argv.length-1];
const computerAction = Math.random()*3 <1 ? 'rock': Math.random()*3 <2 ? 'scissor':'paper';
console.log(playerAction,computerAction)
const win = {
    rock:'paper',
    scissor:'rock',
    paper:'scissor'
}

if(computerAction === playerAction){
    console.log('平局')
}else{
    if(win[playerAction] === computerAction){
        console.log('电脑胜')
    }else{
        console.log('玩家胜')
    }
}

node index.js scissor 执行，argv取出的最后一个命令（玩家出的）的就是scissor

Node模块（CommonJS规范）

NodeJS模块中文官方文档
NodeJS模块英文官方文档

NodeJS的内置模块都放置于Node源码中的lib文件夹下。其实Node获取到操作系统相关信息能力并不是JS提供的，而是V8引擎中C++底层提供的方法，Node提供的很多内置方法其实是对Node中C++模块的封装调用，由此实现Node和操作系统之间的交互。

FileSystem
OS
  1. os.arch()
    方法返回一个字符串, 表明 Node.js 二进制编译所用的 操作系统CPU架构。现在可能的值有: ‘arm’, ‘arm64’, ‘ia32’, ‘mips’, ‘mipsel’, ‘ppc’, ‘ppc64’, ‘s390’, ‘s390x’, ‘x32’, ‘x64’。
    等价于 process.arch。
  2. os.cpus()
    返回一个对象数组, 包含每个逻辑 CPU 内核的信息
  3. os.freemem()
    查看还有多少空余内存
Process
Net
Buffer

处理二进制数据，用于处理网络协议、TCP文件流、数据库、图片、上传接受文件等。

在Node应用中，需要处理网络协议、操作数据库、处理图片、接收上传文件等，在网络流和文件的操作中，要处理大量二进制数据，而Buffer就是在内存中开辟一片区域（初次初始化为8KB），用来存放二进制数据
在上述操作中都会存在数据流动，每个数据流动的过程中，都会有一个最小或最大数据量
如果数据到达的速度比进程消耗的速度快，那么少数早到达的数据会处于等待区等候被处理。反之，如果数据到达的速度比进程消耗的数据慢，那么早先到达的数据需要等待一定量的数据到达之后才能被处理
这里的等待区就指的缓冲区（Buffer），它是计算机中的一个小物理单位，通常位于计算机的 RAM 中

简单来讲，Nodejs不能控制数据传输的速度和到达时间，只能决定何时发送数据，如果还没到发送时间，则将数据放在Buffer中，即在RAM中，直至将它们发送完毕

  1. 创建

Buffer.from() 将数据转为Buffer Buffer.from('test') | ([1,2,3])
Buffer.alloc() 创建一个固定长度的Buffer区间

const buffer = Buffer.from("你好");
console.log(buffer);
// <Buffer e4 bd a0 e5 a5 bd>
const str = buffer.toString();
console.log(str);
// 你好

支持的字符集如下：

  • ascii：仅支持 7 位 ASCII 数据，如果设置去掉高位的话，这种编码是非常快的
  • utf8：多字节编码的 Unicode 字符，许多网页和其他文档格式都使用 UTF-8
  • utf16le：2 或 4 个字节，小字节序编码的 Unicode 字符，支持代理对（U+10000至 U+10FFFF）
  • ucs2，utf16le 的别名
  • base64：Base64 编码
  • latin：一种把 Buffer 编码成一字节编码的字符串的方式
  • binary：latin1 的别名，
  • hex：将每个字节编码为两个十六进制字符
  1. 读写
    Buffer打印出来是一串由两位（16进制）的数字组成的类似数组的结构
    Buffer.writeInt8 、Buffer.writeInt16等等
    读写中区分一个LE（高位放在后面）/BE（高位放在前面）的区别，即读取/写入的顺序是大端还是小端，根据设备来决定。
    第三方编解码库：protocol-buffers
http
  1. 建立一个简单的http服务
const http = require('http');

http.createServer( (req,res)=> {

    if(req.url === /favicon.ico'){
        res.whiteHead(200);
        res.end();
        return;
    }

    res.writeHead(200);
    res.end('hello');
}).listen(3100)


const http = require('http');

// 返回html，使用fs文件模块输出html文件流
const fs = request('fs)
http.createServer( (req,res)=> {
    res.writeHead(200);
    fs.createReadStream(__dirname+'/index.html')
      .pipe(res)
}).listen(3100)
  1. 认识request / response对象
  • request
    在请求响应中 console.log(req)，可以发现req对象其实是一个叫做IncommingMessage的对象，而这个对象的详细内容都可以在Node文档官网中找到：网址：http://caibaojian.com/nodejs/api/en/http.html#http_class_http_incomingmessage

url
aborted 是否是中断请求
headers
method

在请求url中有一个特殊的url，不是客户端发起的，而是浏览器发起的url，用于请求标签页上的icon ，此url为：/favicon.ico，如果不想这个额外url引起额外的跳转问题，需要注意。比如用户发起一个/page/1页面的请求，实际上服务器会接受到两个请求，一个是/favicon.ico，另一个才是/page/1

  • response
    response对象同理，在Node文档中有一个专门的ServerResponse对象。
  1. Express / Koa 处理
url
  1. url.parse 会返回一个Url对象
    内部数据参考如下：
console.log(url.parse(req.url))
Url {
  protocol: null,
  slashes: null,
  auth: null,
  host: null,
  port: null,
  hostname: null,
  hash: null,
  search: null,
  query: null,
  pathname: '/',
  path: '/',
  href: '/'
}
  1. 或者直接new URL对象
    const myURL = new URL(‘https://user:pass@sub.host.com:8080/p/a/t/h?query=string#hash’);
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                                            href                                             │
├──────────┬──┬─────────────────────┬─────────────────────┬───────────────────────────┬───────┤
│ protocol │  │        auth         │        host         │           path            │ hash  │
│          │  │                     ├──────────────┬──────┼──────────┬────────────────┤       │
│          │  │                     │   hostname   │ port │ pathname │     search     │       │
│          │  │                     │              │      │          ├─┬──────────────┤       │
│          │  │                     │              │      │          │ │    query     │       │
"  https:   //    user   :   pass   @ sub.host.com : 8080   /p/a/t/h  ?  query=string   #hash "
│          │  │          │          │   hostname   │ port │          │                │       │
│          │  │          │          ├──────────────┴──────┤          │                │       │
│ protocol │  │ username │ password │        host         │          │                │       │
├──────────┴──┼──────────┴──────────┼─────────────────────┤          │                │       │
│   origin    │                     │       origin        │ pathname │     search     │ hash  │
├─────────────┴─────────────────────┴─────────────────────┴──────────┴────────────────┴───────┤
│                                            href                                             │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
(all spaces in the "" line should be ignored — they are purely for formatting)

有了url对象后，我们就可以比较方便地处理响应路径了

const http = require('http');
const url = require('url);

http.createServer( (req,res)=> {
    const parseUrl = url.parse(req.url);

    if(parseUrl.pathname === /favicon.ico'){
        res.whiteHead(200);
        res.end();
        return;
    }

    if(parseUrl.pathname === /test/interface'){
        const query = qs(parseUrl.query);
        res.end(`${query}_1`);
        return;
    }

    if(parseUrl.pathname === /'){
        res.writeHead(200);
        res.end('hello');
    }


}).listen(3100)
Events 事件

因为Node大部分核心API都采用异步驱动的方式，所以为异步任务“标记命名”和“监听触发”就成了Node中一个非常常见的行为。
比如net.Server 对象会在每次有新连接时触发事件；fs.ReadStream 会在文件被打开时触发事件；流对象 会在数据可读时触发事件。
所有能触发事件的对象都是 EventEmitter 类的实例（从这个角度上来说，任何可以被监听的对象都是EventEmitter实例）。这些对象会继承EventEmitter实例的方法eventEmitter.on()，允许将一个或多个函数绑定到会被对象触发的命名事件上。
例：

// 一个绑定了一个监听器的 EventEmitter 实例。 eventEmitter.on() 方法用于注册监听器，eventEmitter.emit() 方法用于触发事件。
const EventEmitter = require('events');

class MyEmitter extends EventEmitter {
        constructor(){
        super();
        setInterval(()=>{
            this.emit('event',{"参数":"参数值"})
            // 测试：process.exit();
        },3000)
    }
}

const myEmitter = new MyEmitter();
myEmitter.on('event', (res) => {
  console.log('触发了一个事件！',res);
});

以上监听和触发的行为，就实现了观察者模式。

  • Class: EventEmitter EventEmitter实例拥有下列常见方法

emitter.addListener(eventName, listener)
emitter.removeListener(eventName, listener)
emitter.emit(eventName[, …args])

emitter.on(eventName, listener) （效果等于addListener
emitter.once(eventName, listener)

异步IO

事件循环

事件循环是非阻塞IO的基础，而且非阻塞IO和事件循环是LIBUV的重要组成成分。
Node中的异步事件执行在其他线程中，等到执行完成将消息通知到JS执行主线程进行任务回调处理。

function eventloop() {
    const queue = []; // 消息队列，异步任务已经执行完后将结果Push此处
    const loop = ()=>{
        while(queue.length){
            const callback = queue.shift();
            callback?.();
        }

        // 假设50ms一个循环时间片,处理消息队列中的数据
        setTimeout(()=>{
            loop();
        },50)
    }

    const add = (callback)=>{
        queue.push(callback)
    }

    return {
        loop,
        add
    }
}

const LOOP = eventloop();

LOOP.loop();
setTimeout(()=>{
    LOOP.add(()=>{
        console.log("500 ms")
    })
},500)

setTimeout(()=>{
    LOOP.add(()=>{
        console.log("800 ms")
    })
},800)

NodeJS异步编程方案

  1. async / await 异步写法同步化，一个穿越事件循环存在的function
  2. Promise

RPC调用

Remote Procedure Call(远程过程调用)

  • 两个计算机之间的网络通信
  • 需要双方约定一个共同格式
  • 一般是在内网中互相调用服务，而不像前端常见的请求服务器需要使用DNS寻址。
  • 应用层协议通常采用一些二进制协议而非HTTP，有性能优势
  • 基于TCP / UDP协议

以AJAX使用类比举例

  • 寻址
    Ajax 使用DNS进行寻址 路径通常为：http://域名/ ，然后通过DNS服务器将域名转化为IP，才能发起请求
    RPC 使用特有的服务进行寻址，以一个标识符来标识内网中的各个服务地址
  • 通信
    RPC 往往使用TCP通信，可能存在 单工通信 / 半双工通信（轮番单工通信） / 全双工通信等。
  • 二进制协议
    http协议是一个文本协议，大多时候文本格式为html或者json格式
    RPC采用二进制协议，可以有更小的数据包体积&更快的编解码速率。

实战结合

Node主要做BFF层（Backend for Frontend）
具体内容请看初识Node第二篇。

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