【入門指南】node.js

Eric_zhang發表於2019-04-15
Node.js

node.js簡介

  • node.js不是一種獨立語言，是一個可以讓js在伺服器端執行的平臺
  • 區別與傳統語言平臺依靠多執行緒來實現高併發的設計思路，node採用單執行緒、非同步式I/O、事件驅動式的程式設計模型
  • node.js使用的JavaScript引擎為V8引擎，還使用了高效的 libev 和 libeio 庫支援事件驅動和非同步式 I/O 來代替傳統平臺的多執行緒模式，帶來效能的提升（傳統多執行緒模式對於 高併發的訪問，一方面執行緒長期阻塞等待，另一方面為了應付新請求而不斷增加執行緒，因此 會浪費大量系統資源，同時執行緒的增多也會佔用大量的 CPU 時間來處理記憶體上下文切換， 而且還容易遭受低速連線攻擊。）
  • 有別於php等語言，在使用php構建web服務時，必須外部依賴一個Nginx、Apache等http伺服器，然後通過http服務區的模組載入或CGI呼叫，才能將php的執行結果呈現給使用者；而node.js內建了http伺服器模組，無需再額外搭建
  • node.js可以呼叫c/c++程式碼，對於效能要求比較高的模組可以使用c/c++來實現
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【入門指南】node.js

node.js只在第一次執行時會讀取檔案內容，以後都會直接訪問記憶體，也就是當檔案實時改動時，不會觸發重新編譯檔案內容，所以需要使用supervisor、pm2等工具，對node服務進行實時管理

非同步式I/O 與事件驅動式程式設計

阻塞與執行緒

什麼是阻塞(block)呢?執行緒在執行中如果遇到磁碟讀寫或網路通訊(統稱為 I/O 操作)， 通常要耗費較長的時間，這時作業系統會剝奪這個執行緒的 CPU 控制權，使其暫停執行，同 時將資源讓給其他的工作執行緒，這種執行緒排程方式稱為 阻塞。當 I/O 操作完畢時，作業系統 將這個執行緒的阻塞狀態解除，恢復其對CPU的控制權，令其繼續執行。這種 I/O 模式就是通 常的同步式 I/O(Synchronous I/O)或阻塞式 I/O (Blocking I/O)

非同步式 I/O (Asynchronous I/O)或非阻塞式 I/O (Non-blocking I/O)則針對 所有 I/O 操作不採用阻塞的策略。當執行緒遇到 I/O 操作時，不會以阻塞的方式等待 I/O 操作 的完成或資料的返回，而只是將 I/O 請求傳送給作業系統，繼續執行下一條語句。當操作 系統完成 I/O 操作時，以事件的形式通知執行 I/O 操作的執行緒，執行緒會在特定時候處理這個 事件。為了處理非同步 I/O，執行緒必須有事件迴圈，不斷地檢查有沒有未處理的事件，依次予 以處理。

多執行緒與單執行緒的比較：

對於需要長時間計算的I/O處理操作

  • 多執行緒模式：如果想實現高併發，就必須開啟多個執行緒

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  • 單執行緒模式：I/O非同步，通過事件方式通知執行緒，即可完成高併發

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單執行緒事件驅動的非同步式 I/O 比傳統的多執行緒阻塞式 I/O 究竟好在哪裡呢?

  • 簡而言之， 非同步式 I/O 就是少了多執行緒的開銷。對作業系統來說，建立一個執行緒的代價是十分昂貴的， 需要給它分配記憶體、列入排程，同時線上程切換的時候還要執行記憶體換頁，CPU 的快取被 清空，切換回來的時候還要重新從記憶體中讀取資訊，破壞了資料的區域性性。(基於多執行緒的模型也有相應的解決方案，如輕量級執行緒(lightweight thread)等。事件驅動的單執行緒非同步模型與多線 程同步模型到底誰更好是一件非常有爭議的事情，因為儘管消耗資源，後者的吞吐率並不比前者低)
  • 非同步式程式設計的缺點在於不符合人們一般的程式設計思維，存在回撥地獄的情況（使用async、promise等編寫方式）
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node.js的事件迴圈機制

Node.js 程式由事件迴圈開始，到事件迴圈結束，所有的邏輯都是事件的回撥函式，所以 Node.js 始終在事件迴圈中，程式入口就是 事件迴圈第一個事件的回撥函式。事件的回撥函式在執行的過程中，可能會發出 I/O 請求或 直接發射(emit)事件，執行完畢後再返回事件迴圈，事件迴圈會檢查事件佇列中有沒有未 處理的事件，直到程式結束.

與其他語言不同的是，Node.js 沒有顯式的事件迴圈，類似 Ruby 的 EventMachine::run() 的函式在 Node.js中是不存在的。Node.js的事件迴圈對開發者不可見，由libev庫實現。libev支援多種型別的事件，如 ev_io、ev_timer、ev_signal、ev_idle 等，在 Node.js 中均被 EventEmitter 封裝。libev 事件迴圈的每一次迭代，在 Node.js 中就是一次 Tick，libev 不 斷檢查是否有活動的、可供檢測的事件監聽器，直到檢測不到時才退出事件迴圈，程式結束

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npm包管理器

建立npm包

Node.js 根 據 CommonJS 規範實現了包機制，開發了 npm來解決包的釋出和獲取需求。 使用如下命令初始化建立npm包

npm init
複製程式碼

Node.js 的包是一個目錄，其中包含一個 JSON 格式的包說明檔案 package.json。嚴格符 合 CommonJS 規範的包應該具備以下特徵:

  • package.json 必須在包的頂層目錄下;
    • 作為npm包的描述性檔案，其中常用的欄位:
    • main:作為包模組的入口（Node.js 在呼叫某個包時，會首先檢查包中 package.json 檔案的 main 欄位，將其作為包的介面模組，如果 package.json 或 main 欄位不存在，會嘗試尋找 index.js 或 index.node 作 為包的介面）
    • name:包的名稱
    • description:包的簡要說明
    • version:版本字串
    • keywords:關鍵字陣列，通常用於搜尋
    • maintainers:維護者陣列，每個元素要包含 name、email (可選)、web (可選)欄位
    • contributors:貢獻者陣列，格式與maintainers相同。包的作者應該是貢獻者陣列的第一個元素
    • bugs:提交bug的地址，可以是網址或者電子郵件地址
    • licenses:許可證陣列
    • repositories:倉庫託管地址陣列
    • dependencies:包的依賴，一個關聯陣列，由包名稱和版本號組成
  • 二進位制檔案應該在 bin 目錄下;
  • JavaScript 程式碼應該在 lib 目錄下;
  • 文件應該在 doc 目錄下;
  • 單元測試應該在 test 目錄下。 Node.js 對包的要求並沒有這麼嚴格，只要頂層目錄下有 package.json，並符合一些規範 即可。當然為了提高相容性，我們還是建議你在製作包的時候，嚴格遵守 CommonJS 規範

本地模式與全域性模式

全域性模式的安裝：

npm [install/i] -g [package_name]

為什麼要使用全域性模式呢?多數時候並不是因為許多程式都有可能用到它，為了減少多 重副本而使用全域性模式，而是因為本地模式不會註冊 PATH 環境變數。舉例說明，我們安裝 supervisor 是為了在命令列中執行它，譬如直接執行 supervisor script.js，這時就需要在 PATH 環境變數中註冊 supervisor。npm 本地模式僅僅是把包安裝到 node_modules 子目錄下，其中 的 bin 目錄沒有包含在 PATH 環境變數中，不能直接在命令列中呼叫。而當我們使用全域性模 式安裝時，npm 會將包安裝到系統目錄，譬如 /usr/local/lib/node_modules/，同時 package.json 文 件中 bin 欄位包含的檔案會被連結到 /usr/local/bin/。/usr/local/bin/ 是在PATH 環境變數中預設 定義的，因此就可以直接在命令列中執行 supervisor script.js命令了

使用全域性模式安裝的包並不能直接在 JavaScript 檔案中用 require 獲 得，因為 require 不會搜尋 /usr/local/lib/node_modules/

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區別：

  • 當我們要把某個包作為工程執行時的一部分時，通過本地模式獲取
  • 如果要 在命令列下使用，則使用全域性模式安裝

建立全域性連結

npm 提供了一個有趣的命令 npm link，它的功能是在本地包和全域性包之間建立符號鏈 接。我們說過使用全域性模式安裝的包不能直接通過 require 使用，但通過 npm link命令 可以打破這一限制。舉個例子，我們已經通過 npm install -g express 安裝了 express， 5 這時在工程的目錄下執行命令: npm link express ./node_modules/express -> /usr/local/lib/node_modules/express 我們可以在 node_modules 子目錄中發現一個指向安裝到全域性的包的符號連結。通過這種方法，我們就可以把全域性包當本地包來使用了

除了將全域性的包連結到本地以外，使用 npm link命令還可以將本地的包連結到全域性。 使用方法是在包目錄( package.json 所在目錄)中執行 npm link 命令。如果我們要開發 一個包，利用這種方法可以非常方便地在不同的工程間進行除錯和測試

具體使用案例：

現在有兩個模組，npm-link-module為我們開發的npm包；npm-link-test為我們要使用上面的npm包來做測試

cd npm-link-module  //進入開發的npm包目錄裡
npm link //將本地的包連結到全域性

cd npm-link-test  //進入到測試專案中
npm link npm-link-module  //將全域性包npm-link-module 連結到本地node_modules路徑下，這樣本地就可以使用require()引用了
複製程式碼

包的釋出

  • npm adduser 建立賬號
  • npm whoami 命令測驗是否已經取得了賬號
  • npm publish 釋出包
  • 通過https://www.npmjs.com/ 去搜尋自己釋出的包
  • 日後有更新時，更改package.json中的version版本，重新npm publish即可
  • npm unpublish 取消已釋出的包

node命令列除錯(除錯功能由 V8 提供)

使用node debug xxx.js 即可開啟除錯模式

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