Node【一】初识Node

前言

哈喽小伙伴们，从这篇文章开始，我会开始新的专栏 Node；这个专栏里边会收录一些Node的基础知识和项目实战；今天我们开始这个专栏的第一篇文章，带领大家初识一下Node；让我们一起来看看吧

Node.js

Node.js是一个Javascript运行环境(runtime)。

Node.js是一个Javascript运行环境(实际上它是对Google V8引擎进行了封装)。运行在服务器端，主要用于操作服务器文件、数据库、http协议等系统底层的一些东西。

Nodej.s为了更好让Javascript运行在浏览器之外的平台，其实现了很多的模块：文件系统，模块，包，操作系统API，网络通信等CoreJavascript中没有或者不完善的功能。

特性：

• 单线程
• 异步I/O /非阻塞
• 跨平台
• 运行速度快（依赖于Chrome V8引擎）

1. 单线程

Node保持了JavaScript再浏览器中单线程的特点。

现今多数的Web 服务器中，有一条新的链接就会申请一条线程来负责处理至到这个Request 周期结束，接着执行其他流程。可以想象，成千上万个链接便有成千上万条线程（Thread-spawning ）。每条线程姑且以堆栈2MB 的消耗去计算，一条条线程它们的累加都是不小的数目。如何优化和改进本身就是一个大问题，此外，使用系统线程，必须考虑线程锁的问题，否则造成堵塞主进程又是一个令人操心的难题。NodeJS 则通过基于事件的异步模型绕开了基于线程模型的所带来的问题。

NodeJS 使用JavaScript 单线程（Single-threaded ）轮询事件，设计上比较简单，高并发时，不仅根本性的减少了线程创建和切换的开销（因而没有吓人的消耗），而且由于没有锁，也不会造成进程阻塞。

单线程的优点:

• 没有死锁存在
• 没有线程上下文交换所产生的性能开销

单线程的缺点：

• 无法利用多核CPU
• 错误会引起整个应用退出，应用的健壮性无法保证
• 大量的计算占用CPU导致无法继续调用异步I/O

2.异步IO

操作系统内核对于I/O只有两种方式:阻塞与非阻塞.在调用阻塞IO时,应用程序需要等待I/O完成才能返回结果.
阻塞I/O造成CPU等待I/O,浪费等待时间,CPU的处理能力不能得到充分利用.为了提高性能,内核提供了非阻塞I/O.非阻塞I/O会在调用后立即返回.

前端中的异步

关于异步前端开发工程师非常了解，因为我们发起一个ajax请求就是一个异步调用：

console.log("执行了操作1")
$.post('/login',{user:"admin",pwd:123456},function(data){
    console.log('收到响应')
})
console.log("执行了操作2")

Node中的异步

在Node中，异步I/O也很常见。以读取文件为例，我们可以看到它与前端ajax调用的方式极其类似：

在Node底层构建了很多异步I/O的API，从文件读取到网络请求等，均是如此。这样的意义在于，在Node中，我们可以从语言层面很自然的进行并行I/O操作。每个调用之间无需等待之前的I/O调用结束。在编程模型上可以极大的提高效率。

下面的两个文件读取任务的耗时取决于最慢的那个文件读取的耗时：

fs.readFile("/file1",function(err,file){
    console.log("file1读取完成")
})
fs.readFile("/file2",function(err,file){
    console.log("file2读取完成")
})

对于同步I/O而言，它们的耗时是两个任务的耗时之和。异步带来的优势是显而易见的。

3.跨平台

Node.js 是跨平台的，也就是说它能运行在 Windows、OSX 和 Linux 平台上。

4.运行速度快

V8是谷歌开发的，目前公认最快的 Javascript 解析引擎，libuv 是一个开源的、为 Node 定制而生的跨平台的异步 IO 库。

劣势：

1. 不适合CPU密集型应用；

CPU密集型应用给Node带来的挑战主要是：由于JavaScript单线程的原因，如果有长时间运行的计算（比如大循环），将会导致CPU时间片不能释放，使得后续I/O无法发起；
什么是cpu密集型操作（复杂的运算、图片的操作）

// 这就是一个cpu密集型的操作
for (let i = 0; i < 100000000; i++) {
    console.log(i);
}

解决方案：分解大型运算任务为多个小任务，使得运算能够适时释放，不阻塞I/O调用的发起；

2. 只支持单核CPU，不能充分利用CPU

虽然nodejs的I/O操作开启了多线程，但是所有线程都是基于node服务进程开启的，并不能充分利用cpu资源

• pm2进程管理器可以解决这个问题
• pm2 是一个带有负载均衡功能的Node应用的进程管理器.

3. 可靠性低，一旦代码某个环节崩溃，整个系统都崩溃

原因：单进程，单线程

解决方案：

1. Nnigx反向代理，负载均衡，开多个进程，绑定多个端口；
2. 开多个进程监听同一个端口，使用cluster模块；

4. 开源组件库质量参差不齐，更新快，向下不兼容

Node.js模块系统：

为了让Node.js的文件可以相互调用，Node.js提供了一个简单的模块系统。

模块化的好处：

网页越来越像桌面程序，需要一个团队分工协作、进度管理、单元测试等等…开发者不得不使用软件工程的方法，管理网页的业务逻辑。

1. 减少文件体积
2. 命名冲突问题
3. 文件依赖问题
4. 提高代码可复用性

Node模块分类

NodeJS中模块分为2类：原生模块和文件模块。

模块类型	描述
原生模块	即Node.jsAPI提供的原生模块，原生模块在启动时已经被加载。(如：os模块、http模块、fs模块、buffer模块、path模块等)
文件模块	为动态加载模块，加载文件模块的主要由原生模块module来实现和完成。原生模块在启动时已经被加载，而文件模块则需要通过调用Node.js的require方法来实现加载。

调用原生模块

//调用原生模块不需要指定路径
var http = require('http');

调用文件模块

//调用文件模块必须指定路径，否则会报错
var sum = require('./sum.js');

文件模块三种类型

在文件模块中，又分为3类模块。这三类文件模块以后缀来区分，Node.js会根据后缀名来决定加载方法。

类型	描述
.js	通过fs模块同步读取js文件并编译执行。
.node	通过C/C++进行编写的Addon。通过dlopen方法进行加载。
.json	读取文件，调用JSON.parse解析加载。

模块的操作：

在编写每个模块时，都有require、exports、module三个预先定义好的变量可供使用。

require 加载模块：

require方法接受以下几种参数的传递：

• http、fs、path等，原生模块。
• ./mod或../mod，相对路径的文件模块。
• /pathtomodule/mod，绝对路径的文件模块。
• mod，非原生模块的文件模块。

require函数用于在当前模块中加载和使用别的模块，传入一个模块名，返回一个模块导出对象。模块名可使用相对路径（以./开头），或者是绝对路径（以/或C:之类的盘符开头）。另外，模块名中的.js扩展名可以省略。以下是一个例子。

var foo1 = require('./foo');
var foo2 = require('./foo.js');
var foo3 = require('/home/user/foo');
var foo4 = require('/home/user/foo.js');
//foo1 ~ foo4 中保存的是同一个模块的导出对象。

nodejs核心模块可以不加路径直接通过require导入：

//加载node 核心模块
var fs = require('fs');
var http = require('http');
var os = require('os');
var path = require('path');

加载和使用json文件

var data = require('./data.json');

exports 创建模块:

exports对象是当前模块的导出对象，用于导出模块公有方法和属性。别的模块通过require函数使用当前模块时得到的就是当前模块的exports对象。以下例子中导出了一个公有方法。

//sum.js
exports.sum = function(a,b){
    return a+b;
}

//main.js
var m = require("./sum");
var num = m.sum(10,20);
console.log(num);

module对象:

通过module对象可以访问到当前模块的一些相关信息，但最多的用途是替换当前模块导出对象。例如模块默认导出对象默认是一个普通对象，如果想改为一个函数可以通过如下方式：

导出一个普通函数：

//sum.js
function sum(a,b){
    return a+b;
}
module.exports= sum;
//main.js
var sum = require('./sum');
sum(10,20);// 30

导出一个构造函数：

//hello.js
function hello(){
    this.name ="你的名字";
    this.setName = function(name){
        this.name = name;
    }
    this.sayName = function(){
        alert(this.name);
    }
}
module.exports= hello;

//main.js
var hello = require('./hello.js');
var o = new hello();
o.setName('张三');
o.sayName(); // 张三

module的其它API:

每一个js文件都是一个模块，每一个模块都有一个对象这个对象的可以通过module访问到，该对象上保存了一些我们当前模块的状态：

API	描述
module.id	模块的ID,通常是当前模块文件路径，含文件名
module.filename	当前模块文件路径，含文件名
module.loaded	判断模块当前是否已加载
module.parent	加载当前脚本的模块对象。
module.children	当前模块加载的模块对象集合，是一个数组

Node.js包：

由多个子模块组成的大模块称作包。

自定义包：

在组成一个包的所有子模块中，需要有一个入口模块，入口模块的导出对象被作为包的导出对象。例如有以下目录结构。

d:/node/calc/
/calc
    sum.js            //加法
    subtraction.js    //减法
    multiplication.js //乘法
    division.js       //除法
    main.js           //主模块 入口模块

calc目录定义了一个包，其中包含了4个子模块，main.js作为入口模块。

var sum = require('./sum.js');
var subtraction = reuqire('./subtraction.js');
var multiplication = require('./multiplication.js');
var division = require('./division.js');

function calc(a,tag,b){
    switch(tag){
        case '+':
        return sum(a,b);
        break;
        case '-':
        return subtraction(a,b);
        break;
        case '*':
        return multiplication(a,b);
        break;
        case '/':
        return division(a,b);
    }
}
module.exports = calc;

然后我们要使用这个包

//d:/node/use.js

var calc = require('./calc/main.js');
console.log(clac(10,'+',100));

但是这样使用感觉不像一个包。

var calc = require('./calc');

package.json

如果想自定义入口模块的文件名和存放位置，就需要在包目录下包含一个 package.json 文件，package.json是包的配置文件。

d:/node/calc/
/calc
    sum.js            //加法
    subtraction.js    //减法
    multiplication.js //乘法
    division.js       //除法
    main.js           //主模块 入口模块

//package.json
{
    "name": "calc",
    "main": "./calc/main.js"
}

Package.json 属性说明

属性	描述
name	包名。
version	包的版本号。
description	包的描述。
homepage	包的官网 url 。
author	包的作者姓名。
contributors	包的其他贡献者姓名。
devDependencies	开发环境依赖包列表。
dependencies	生产环境依赖包列表。如果依赖包没有安装，npm 会自动将依赖包安装在 node_module 目录下。
repository	包代码存放的地方的类型，可以是 git 或 svn，git 可在 Github 上。
main	main 字段是一个模块ID，它是一个指向你程序的主要项目。就是说，如果你包的名字叫 express，然后用户安装它，然后require(“express”)。
keywords	关键字

它是这样一个json文件（注意：json文件内是不能写注释的，复制下列内容请删除注释）：

{
  "name": "test",                                      //项目名称（必须）
  "version": "1.0.0",                                  //项目版本（必须）
  "description": "This is for study gulp project !",   //项目描述（必须）
  "homepage": "",                                      //项目主页
  "repository": {                                      //项目资源库
    "type": "git",
    "url": "https://git.oschina.net/xxxx"
  },
  "author": {                                          //项目作者信息
    "name": "surging",
    "email": "[email protected]"
  },
  "license": "ISC",                                    //项目许可协议
  "devDependencies": {                                 //项目开发依赖包
    "gulp": "^3.8.11",
    "gulp-less": "^3.0.0"
  },
  dependencies:{                                       //项目生产依赖包

  }
}

符合CommonJS规范的包

包是在模块基础上更深一步的抽象，Nodejs 的包类似于 C/C++ 的函数库或者 Java/.Net 的类库。它将某个独立的功能封装起来，用于发布、更新、依赖管理和版本控制。Nodejs 根 据 CommonJS 规范实现了包机制，开发了 npm来解决包的发布和获取需求。

Node.js 的包是一个目录，其中包含一个 JSON 格式的包说明文件 package.json。严格符 合 CommonJS 规范的包应该具备以下特征:

文件类型	描述
package.json	必须在包的顶层目录下
二进制文件	应该在 bin 目录下
JavaScript	应该在 lib 目录下
文档	应该在 doc 目录下
单元测试	应该在 test 目录下

Node.js 对包的要求并没有这么严格，只要顶层目录下有 package.json，并符合一些规范即可。当然为了提高兼容性，我们还是建议你在制作包的时候，严格遵守 CommonJS 规范。

/
 ├── bin/            # 存放命令行相关代码
 │
 ├── src/            # 开发目录
 │
 ├── doc/            # 存放文档
 │
 ├── lib/            # 存放API相关代码
 │
 ├── node_modules/   # 存放三方包
 │
 ├── tests/          # 存放测试用例
 │
 ├── package.json    # 元数据文件
 │
 └── README.md        # 说明文件

写在最后

这篇文章开启了我们的Node专栏，更多组Node知识以及API请大家持续关注，尽请期待。各位小伙伴让我们 let’s be prepared at all times！

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