Node.js入门之 - 初识Node.js

初识 Node.js

1. 起源

Node.js 起源于 2009 年,由 Ryan Dahl 开发,起初的目的是为了解决一些网络应用运行缓慢的问题。
在 Node.js 之前,一般会采用 LAMP(Linux + Apache + MySQL + PHP)或者 MEAN等技术栈开发 web 应用。这些技术通常会采用请求-响应模型:

1. 客户端(浏览器)发送一个请求
2. 请求被送到服务端(Apache 服务器)
3. 服务端处理请求,读取数据(连接 MySQL 数据库)
4. 返回响应给客户端

在这个过程中,发送请求和读取数据库等操作都需要等待,这会使 web 应用的性能表现不佳。Ryan Dahl 发现,JavaScript 实际上是一个非常轻量级的语言,而且 V8 引擎拥有优异的性能,所以他构想了在服务端使用 JavaScript 的想法,于是便诞生了Node.js 。

2.什么是Node.js

Node.js 是一个基于 Chrome V8 引擎的 JavaScript 运行环境。它使用了一个事件驱动、非阻塞式 I/O 的模型,使其轻量和，是一个开源和跨平台的 JavaScript 运行时环境。 它是几乎任何类型项目的流行工具！

3.Node.js 的主要功能:

1. 事件驱动
   Node.js 基于事件驱动模型,当某个事件触发时,相应的事件处理函数(事件回调)就会被执行。
   这意味着 Node.js 会一直监听各种事件,当监听到事件时立即异步响应,而不会造成阻塞。这使得 Node.js 可以处理高并发的场景。

2. 异步非阻塞 I/O
   Node.js 中的 I/O 操作(读写文件、网络请求等)都是非阻塞的,这意味着这些 I/O 操作会立即返回,而不会等待结果。 当这些操作完成时,Node.js 会将完成结果作为事件通知注册的事件处理函数。
   这样我们的代码就不需要等待 I/O 操作结果,从而不会阻塞,可以处理并发请求。

3. 单线程
   Node.js 是单线程的,它只有一个事件循环来处理所有事件。
   单线程避免了多线程之间的上下文切换开销,使性能更高。但也意味着如果某个操作过长时间阻塞线程,会影响其他任务的执行。
   所以在 Node.js 中,最好采用非阻塞的异步编程方式,避免长时间的计算任务阻塞线程，要充分利用 Node.js 的高性能,关键就是采用非阻塞的异步编程方式,避免长时间的计算任务阻塞线程。

4. 高性能模块
   Node.js 的模块很大一部分都使用 C/C++ 编写,并通过 libuv 库并行执行。这使得 Node.js 拥有快速的模块加载速度和执行效率。
   常用的原生模块有:

• fs:文件系统模块
• http:HTTP 服务器和客户端模块
• os:提供操作系统相关功能的模块
• path:处理文件路径的模块
• etc.

5. V8 引擎
   Node.js 运行在 V8 引擎之上,V8 是 Google 开发的开源高性能 JavaScript 引擎。它带来以下优点:

• 快速的执行速度,性能优异
• 可以运行在资源受限设备上
• 支持即时编译(JIT)

此外Node.js 还常用于:

• web 服务器后端开发
• API 服务开发
• 实时服务开发(聊天室、实时评论等)
• 命令行工具开发
  它天生适合构建轻量高效的服务端程序。许多知名企业也都广泛使用 Node.js,如 Netflix、Uber、PayPal 等。
  Node.js 拥有世界最大的包生态 - npm,有大量可复用的第三方包,可以极大降低开发难度。
  Node.js 支持的平台包括:
• Windows
• Linux
• macOS
• 等等
  所以我们可以利用 Node.js 编写跨平台应用。

4.应用前景

Node.js 作为一个流行的后端开发框架,有非常广阔的应用前景。我们可以从以下几个方面来深度剖析:

1. Web 后端开发
   Node.js 非常适合开发 web 服务器后端和 API 接口,许多大公司的 web 服务都是采用 Node.js 栈开发的,如 PayPal、Netflix、Uber、eBay等。
   随着前端技术(Vue、React 等)不断发展,前后端分离架构逐渐流行,Node.js 作为优秀的后端编程语言,必将受益于此,拥有广阔的前景。
2. 渐进式网络应用(PWA)
   PWA 是近年来流行的一种网络应用模式,Node.js 非常适合开发 PWA 应用。许多知名 PWA 应用也是基于 Node.js 栈开发的,如 VS Code、Skype 等。
   PWA 将是 web 应用的未来发展方向,这也为 Node.js 的应用前景带来一定的推动作用。
3. 微服务
   微服务是一种流行的架构风格,Node.js 本身具有轻量高效的特点,非常适合构建微服务。许多公司都会采用 Node.js 对既有的架构进行微服务改造。
   微服务一定会是未来的主流架构模式,这也必将促进 Node.js 的更广泛应用。
4. 物联网与 Monroe 设备
   Node.js 轻量级且跨平台的特性也使其非常适合在物联网和嵌入式设备上运行。许多公司会选择在这些设备上采用 JavaScript 或 Node.js 来实现业务逻辑。
   随着 5G 网络与 AIoT(人工智能物联网)的发展,这一领域也将是 Node.js 应用的重要方向。
5. 桌面应用与 CLI 工具
   Node.js 也常被用于开发桌面应用、GUI 和各种命令行工具(CLI)。一些知名的 VS Code、Gitpod 等也是采用 Node.js + Electron 开发的桌面应用。
   此外,众多的前端工具(Vue CLI、Angular CLI 等)也基于 Node.js 实现。这说明 Node.js 在这一领域也拥有广阔的应用前景。

5.优缺点

优点:

1. 事件驱动和非阻塞 I/O 模型
   Node.js 的 I/O 操作是非阻塞的,采用事件驱动模型,这使其轻量高效,可以实现高并发。
2. 单线程与高性能
   Node.js 是单线程的,没有线程上下文切换的开销,执行效率高。但也意味着不能利用多核 CPU,单个进程的性能有限。
3. 丰富的模块生态
   Node.js 拥有 npm - 世界最大的包模块注册和管理平台,有非常丰富的第三方模块可供使用。
4. 跨平台
   Node.js 可以在 Windows、Linux 和 macOS 等平台上运行,是真正的跨平台。

缺点:

1. 不利于 CPU 密集型任务
   单线程模型不适合 CPU 密集型任务,容易造成线程阻塞。Node.js 更适合 I/O 密集型任务。
2. 回调地狱
   大量的回调函数嵌套可能会导致"回调地狱",产生程序难以维护的情况。
3. 版本管理困难
   npm 上的包更新太快,版本之间的变化可能会导致版本之间的兼容性问题,使版本管理和依赖变得困难。
4. 缺乏标准
   Node.js 在企业级项目开发中,某些方面的标准还不够完善,在大规模项目中易出现问题,许多企业还是更倾向于采用 Java 等 Backend Framework。

结语

总之,随着 web 前后端分离、PWA、微服务架构的流行,以及 5G、AIoT 等技术的兴起,Node.js 将在 web 后端、移动互联网、企业应用和嵌入式设备等领域有非常广阔的应用前景。Node.js 的跨平台与轻量级特点,也使其非常适合构建桌面应用与各种工具软件。可以说,Node.js 是一门具有长期生命力和广阔前景的技术,值得我们深入学习与长期投入。虽然Node.js 具有事件驱动高效、单线程高性能、丰富生态和跨平台等优点,适合于 I/O 密集型任务和实时应用。但其单线程模型不适合 CPU 密集任务,且生态管理难度较大。对于大型企业项目来说, Node.js 可能还缺乏相应的标准和成熟度。要充分发挥Node.js 的优势,关键是选择适合的场景,通过异步非阻塞的方式编程,并且管理好版本和依赖。

Node.js 是一个相当广阔的技术领域,要深入精通还需不断学习与积累,希望我可以和大家一起进步共同学习