前端筆記之NodeJS（一）初識NodeJS&內建模組&特點

mufengsm發表於2019-04-19

一、NodeJS簡介

NodeJS是開發伺服器後臺的東西，和PHP、JavaEE、python類似，和傳統的瀏覽器的關注DOM的JS完全不同，將JavaScript觸角伸到了伺服器端。核心是Chrome瀏覽器的V8引擎，解析JavaScript的效率是非常快的。

創始人。

在不升級伺服器配置的情況下，如何用軟體手段來提升伺服器效能：Ryan Dahl大致的感覺到了解決問題的關鍵是要通過事件驅動和非同步I/O來達成目的。

傳統的伺服器模型：當我們做I/O操作的時候（I表示讀，O表示寫），CPU被磁碟操作阻塞了，此時我們稱這叫做“同步I/O（synchronous I/O），阻塞I/O（blocking I/O）”。

CPU會經常對磁碟驅動發出I/O命令

此時磁碟特別忙，CPU就歇著了。造成了資源浪費。上圖這種模式叫做“同步I/O”。

同步（synchronous）：當系統遇見了一個需要耗費大量時間的事情的時候，選擇死等。
非同步（Asynchronous）：當系統遇見了一個需要耗費大量時間的事情的時候，不死等，先做後面的事情，耗時事情做完之後，執行回撥函式。

用PHP做一個例子：下面程式中紅色部分是I/O操作，此時CPU被阻塞，此時為什麼不限做藍色計算部分？等紅色部分做完了用“回撥函式”來顯示檔案內容多好。

<?php
    //讀取檔案
    $myfile = fopen("txt.txt", "r");
    //列印檔案記憶體
    echo fread($myfile, filesize("txt.txt"));

    for($i = 2; $i < 100; $i++){
        $count = 0;
        for($j = 1; $j <= $i; $j++){
            if($i % $j == 0){
                $count++;
            }
        }
        if($count == 2){
            echo $i."<br/>";
        }
    }

    fclose($myfile);
?>

V8引擎來了。V8滿足他關於高效能Web伺服器的想象：

● 沒有歷史包袱，沒有同步I/O。不會出現一個同步I/O導致事件迴圈效能急劇降低的情況。

● V8效能足夠好，遠遠比Python、Ruby等其他指令碼語言的引擎快。

● JavaScript語言的閉包特性非常方便，比C中的回撥函式好用。

創始人Ryan Dahl想到了用V8引擎核心，用JS當做語言去開發服務端程式。

下面是Nodejs的畫風，Nodejs不是語言，語言是JavaScript，Nodejs是一個平臺，讓我們的JS可以執行在服務端的平臺。

var fs = require("fs");
fs.readFile("./txt.txt" ,function(err, data){
    console.log(data.toString());
})

for(var i = 2; i < 100; i++){
    count = 0;
    for(var j = 1; j <= i;j++){
        if(i % j == 0){
            count++;
        }
    }
    if(count == 2){
        console.log(i)
    }
}

紅色的I/O操作沒有將藍色計算操作阻塞，稱為“Non-Blocking I/O”非阻塞I/O。紫色語句是回撥函式。

官網：https://nodejs.org/en/

中文：http://nodejs.cn/

NodeJS是一個JS執行環境，它構建在chrome的V8引擎上。使用了事件驅動、非阻塞I/O模型，使它輕量並且方便。NodeJS有一個全球最大的包生態系統npm。

Node.js使JavaScript的觸角伸到了伺服器開發中，在Node的世界中，我們關心的不再是用JS操作網頁上的DOM、製作互動動畫、表單驗證……而是伺服器端的事情：HTTP請求的處理、GET請求和POST請求、資料庫增刪改查、cookie和session等等。

Node.js的特點：單執行緒、非阻塞非同步I/O、事件驅動。

Nodejs是JS的執行環境，它構建在Chrome的V8引擎上。

Nodejs是一個小極客，追求極致的伺服器效能，劍走偏鋒的產物。

與其很多服務員閒著，還不如一個服務員100%的工作。

二、NodeJS的安裝

NodeJS和Java虛擬機器一樣，是跨平臺的，也就是說只要寫一份程式碼，可以執行在任何平臺上。

去NodeJS官網下載：

安裝的歡迎介面

同意協議

安裝路徑全程不能有中文。

事實上很多軟體公司已經去中文化，文件都是英語的檔名，資料夾都是英語的。

這個介面不需要改變任何的配置，但是要知道：這裡安裝了4個東西。

點選下一步就開始安裝了

系統的防火牆，選擇是

nodejs已經被成功的安裝。

安裝完畢之後，按windows鍵加R鍵（run），輸入cmd（表示commond命令）按回車：

這是系統的密令提示符，可以輸入類似DOS的命令。但是現在要輸入

node -v

追求以下真理，安裝過程，到底發生了什麼？發現了一個Nodejs程式：

我們發現系統的環境變數中，已經新增了這個路徑：

系統的環境變數可以保證我們的node在任意CMD碟符下可以被執行。

nodejs在windows中是一個exe程式。

三、執行Nodejs程式

在c盤建立一個nodejs_study檔案，然後寫01.js檔案

將檔案拖拽到瀏覽器中不能執行的。

因為js的執行需要宿主環境（runtime），目前我們只知道一個環境：瀏覽器+HTML環境。

想要執行01.js程式：

<html>
<head>
    <meta charset="UTF-8" />
    <title>Document</title>
</head>
<body>
</body>
<script type="text/javascript" src="01.js"></script>
</html>

瀏覽器會渲染html就能執行js。

NodeJS是一個全新的JS宿主環境runtime。也就是說可以用node執行js程式，而不需要html和瀏覽器。

開啟CMD，首先注意游標所在碟符位置：

01.js檔案不在C:\Users\admin>中，而是在C:\nodejs_study，所以要用cd命令來切換游標所在碟符位置：

當用cd切換到01.js所在目錄時，此時可以用node命令執行js檔案：

也就是說，執行js檔案的時候：

① 要保證游標所在位置正確

② 執行誰，就node誰。

為了快速開啟正確游標所在位置，此時有奇淫技巧：

要求大家，在執行node程式的時候，必須進入準確的碟符，不能使用絕對路徑：

最快的執行node程式的方法就是使用visual studio code，或者webstrom。直接按F5，IDE（程式設計工具）內建的控制檯會輸出結果。

CMD的命令：
cls
清屏。

cd ..
回退到上一級資料夾

cd 資料夾名字
進入這個資料夾

dir
列出當前目錄中所有的檔案

↑上箭頭
重複上一條指令。

四、NodeJS內建模組

4.1 fs模組

NodeJS沒有自己的語法，JS能寫什麼，node就能執行什麼

但是要注意，僅限於JS語言核心部分。DOM、BOM不能用，node沒有瀏覽器的那些東西。

document.getElementById("box");
window
alert()

但是可以用定時器

setInterval(function(){
    console.log(Math.random());
},100)

按ctrl+c可以打斷Nodejs程式的執行。

Nodejs中提供了很多內建模組，幫助我們開發，可以提供瀏覽器所不具備的功能，模組是內建的，不需要額外安裝。從fs內建模組學起，fs是file system檔案系統的意思，提供了對檔案的所有操作

// require表示得到，引入fs內建模組，file system檔案系統模組
var fs = require("fs");

//fs模組有個方法叫readFile，可以非同步讀檔案內容
//這個函式是非同步函式，也就是說讀取檔案不會阻塞CPU執行，所以讀取到的內容通過回撥函式返回
//err引數：錯誤資訊，沒有錯誤將返回null
//data引數：返回檔案的內容
fs.readFile("./test1.txt",function(err,data){
    if(err){
        console.log("檔案讀取錯誤！");
        return;
    }
    //讀取的是資訊流，是Buffer是緩衝的二進位制，用toString()轉為字串
    console.log(data.toString());
});

利用fs.readFile()這個API來讀取檔案，並且是非同步讀取檔案，這裡注意兩個事情：

1）第一個引數是路徑，必須以"./"開頭，表示從相對於當前的cmd碟符位置去讀取檔案。

2）第二個引數是回撥函式，注意回撥函式中提供了兩個引數，分別是err和data。注意，nodejs中的所有回撥函式的第一個引數都是err物件，表示錯誤。如果沒有錯誤，這個物件是null。

要會看API：https://nodejs.org/dist/latest-v6.x/docs/api/

var fs = require("fs");

fs.readFile("./test1.txt",function(err,data){
    console.log(data.toString());
});

fs.readFile("./test2.txt",function(err,data){
    console.log(data.toString());
});

fs.readFile("./test3.txt",function(err,data){
    console.log(data.toString());
});

在Nodejs中要適應回撥套回撥函式的寫法：

var fs = require("fs");

fs.readFile("./test1.txt",function(err,data){
    console.log(data.toString());

    fs.readFile("./test2.txt",function(err,data){
        console.log(data.toString());

        fs.readFile("./test3.txt",function(err,data){
            console.log(data.toString());
        });
    });
});

4.2 http模組

用http模組，Nodejs可以開發伺服器。建立伺服器的API要自己背誦記憶一下，不過，後面講解Express，極大簡化伺服器的建立：

var http = require('http'); //讀取內建http模組，這個模組提供了http服務

//建立一個伺服器，是非同步函式，事實上node中基本所有函式都是非同步的
var server = http.createServer(function(req,res){
    //req表示request使用者的請求
    //res表示response伺服器的響應

    //設定響應報文頭，讓型別變為html並且是utf8編碼
    res.setHeader("Content-type", "text/html;charset=UTF8");
    //頁面上輸出內容，輸出內容用write，end表示結束！
    res.end("<h1>你好，我是nodejs開發的伺服器！</h1>");
});

//監聽3000埠，預設是80埠，但80被Apache佔用了，所以改用3000
server.listen(3000,function(err){
    if(err){
        console.log("伺服器開啟失敗！");
        return;
    }
    console.log("伺服器開啟成功，在3000埠，快開啟瀏覽器看看吧！");
});

此時CMD會被掛起，按ctrl+c打斷（打斷之後，伺服器也打不開了）

我們來驗證程式確實在伺服器上執行的：　

var http = require('http');

var server = http.createServer(function(req,res){
    res.setHeader("Content-type", "text/html;charset=UTF8");
    res.end("<h1>你好，我是nodejs開發的伺服器！已經誕生了"+ (3 + 3) +"年了</h1>");
});

server.listen(3000);

在瀏覽器中，看不到後端node的原始碼：

原因是Nodejs執行在伺服器端，語句在伺服器被執行、編譯，此時發給瀏覽器的就是執行之後、編譯後的純文字了，不含有計算的。

兩個問題：

1、我用Nodejs搭建的伺服器，訪問者也必須安裝nodejs嗎。

不需要的，因為nodejs是伺服器程式，生成的內容僅需要瀏覽器就能訪問

2、我們用高階ES6語法書寫Nodejs程式，必須用高階瀏覽器訪問嗎。

不需要的，因為Nodejs程式不在瀏覽器執行。

req表示request使用者的請求，訪問者的所有必要資訊在req中儲存，比如

req.url
表示訪問路徑

req.connection.remoteAddress
表示訪問者的ip地址

res表示response伺服器的響應，伺服器應該給與的反饋。
res.setHeader("Content-type", "text/html;charset=UTF8");
設定HTTP下行報文體

l res.end() 、res.write()負責寫下行報文體（就是網頁）。

res.end()結束響應，告訴客戶端所有訊息已經傳送完畢，當所有要返回的內容傳送完畢時，該函式必須被呼叫一次，如果不呼叫該函式，客戶端將永遠處於等待狀態。

var http = require('http');

var server = http.createServer((req,res)=>{
    res.setHeader("Content-type", "text/html;charset=UTF8");

    //頁面顯示的內容
res.write("<h1>hello world！</h1>");
    res.write("<ul>");
    res.write("<li>Nodejs</li>");
    res.write("<li>npm</li>");
    res.write("<li>Express</li>");
    res.write("<li>Mongodb</li>");
    res.write("</ul>");
    res.end(); //必須結束，否則本次操作不結束，瀏覽器顯示為載入中
});

server.listen(3000);

五、NodeJS特點

5.1單執行緒

寫一段程式，證明NodeJS是單執行緒的：

var http = require("http");

//在伺服器外面定義一個變數a
var a = 0;

var server = http.createServer(function(req,res){
a++;
    res.end(a.toString());
});

server.listen(3000)

我們發現不是每個訪問者來了都有新的a值，而是全班共用一個a，每個人訪問的時候看到的都是已經被刷過的a值。

var http = require("http");

var server = http.createServer(function(req,res){
    var a = ~~(Math.random() * 1000);

    if(a == 38){
        throw new Error("有人踩地雷了，此人IP：" + req.connection.remoteAddress);
    }

    res.end("<h1>"+ a +"</h1>");
});

server.listen(3000)

在Java、PHP或者.net等伺服器端語言中，會為每一個客戶端連線建立一個新的程式。而每個程式需要耗費大約2MB記憶體。也就是說，理論上一個8GB記憶體的伺服器可以同時連線的最大使用者數為4000個左右。要讓Web應用程式支援更多的使用者，就需要增加伺服器的數量，而Web應用程式的硬體成本當然就上升了。

打個比喻，PHP假如是一個餐館，那麼就是一個這樣的餐館：來一個使用者，它就給你新招聘一個服務員，專門伺候你。你點菜的時候，這個服務員幫你點菜，你開始吃了，你這個服務員就閒置。這就造成了大量的浪費，憑什麼閒置服務員，為什麼不去服務別人？

Node.js不為每個客戶連線建立一個新的執行緒，而僅僅使用一個執行緒。當有使用者連線了，就觸發一個內部事件，通過非阻塞I/O、事件驅動機制，讓Node.js程式巨集觀上也是並行的。使用Node.js，一個8GB記憶體的伺服器，可以同時處理超過4萬使用者的連線。

打個比喻，Node.js假如是一個餐館，那麼就是一個這樣的餐館：總共就一個服務員，A使用者來了，幫A使用者點菜，B使用者來了，B使用者稍微被阻塞一下，A點完菜之後，廚師開始做，服務B，B開始點菜，點菜的時候A的菜做好了，給B點完菜之後再去給A端菜，A開始吃，此時C來了，說了句歡迎光臨之後，“您看看選單先”，就去給B端菜去了，B開始吃上了，此時C開始點菜……。

微觀上，A、B、C不是並行的，但是巨集觀上他們是並行的！

另外，單執行緒的帶來的好處，還有作業系統完全不再有執行緒建立、銷燬的時間開銷。

5.2非同步I/O特性

再來一個案例，使用者訪問頁面的時候，伺服器要讀取兩個檔案，此時用console檢視唯一的服務員如何工作：

var server = http.createServer((req,res) => {
     //使用者訪問的時候執行的語句。
    console.log(req.connection.remoteAddress + "進門了！我招呼他去！");
    res.setHeader("Content-Type","text/html;charset=UTF8");

    console.log(req.connection.remoteAddress + "使用者開始讀1號檔案");
     fs.readFile("./test1.txt",(err,data1) => {
         console.log(req.connection.remoteAddress + "使用者讀完畢1號檔案，開始讀2號檔案");
         fs.readFile("./test2.txt",(err,data2) => {
             console.log(req.connection.remoteAddress+"使用者讀完2號檔案，開始傳送response");
             
             res.write("<h1>" + data1.toString() +"</h1>");
             res.write("<h1>" + data2.toString() +"</h1>");
             res.end("");
         });
     });
});

你I/O的時候CPU並沒有被阻塞，去伺候別人，當別人也I/O了此時執行你的回撥函式。

綜上所述，nodejs是一個服務員在伺候所有人，所以擅長I/O越多的業務。I/O越多，效率越高，nodejs不會錯亂，採用就是事件環機制，也叫事件驅動機制，nodejs不擅長計算多的業務，因為給一個使用者計算去了，此時唯一的執行緒就被阻塞了，其他使用者進來就等待。

比如下面的程式，紅色的部分是計算水仙花數，計算很複雜，但是是同步的，所以小服務員就被阻塞了：

var server = http.createServer((req,res) => {
     //使用者訪問的時候執行的語句。
    console.log(req.connection.remoteAddress + "進門了！我招呼他去！");
    console.log(req.connection.remoteAddress + "開始計算水仙花數了！");

    for(var i = 100 ; i <= 999 ; i++){
        // 給三位數拆分成三個單獨的數
        var ge = i % 10;
        var shi = parseInt(i / 10) % 10;
        var bai = parseInt(i / 100);
        // 計算三次方的和
        var sum = Math.pow(ge,3) + Math.pow(shi,3) + Math.pow(bai,3);
        // 判斷輸出
        if(sum == i){
            console.log(req.connection.remoteAddress + "計算出了水仙花數" + i);
        }
    }
    res.setHeader("Content-Type","text/html;charset=UTF8");

    console.log(req.connection.remoteAddress + "開始讀取檔案");
     fs.readFile("./test1.txt",(err,data1) => {
         console.log(req.connection.remoteAddress + "讀取檔案完畢，開始輸出響應流");
        res.write("<h1>" + data1.toString() +"</h1>");
        res.end("");
     });
});