Node.js 是什麼以及如何學習？

libinfs發表於2023-02-15
Node.js
封面圖片來源：Photo by Claudio Schwarz on Unsplash

本文整理自我初學 Node.js 時的筆記，用以向對 Node.js 這門語言有興趣的讀者簡明扼要的介紹 Node.js 是什麼，以及該如何學習這門語言。

1. 什麼是 Node.js？

Node.js 是 Ryan Dahl 在 2009 年為瞭解決 Web 伺服器高併發問題而開發的基於 Chrome V8 引擎的 JavaScript 執行時環境。

從這個定義中，可以看到 Node.js 的三個關鍵特徵：

  1. 目的是為瞭解決 Web 伺服器高併發問題；
  2. 根基是 Chrome V8 引擎；
  3. 本質是一個 JavaScript 執行時環境；

因此，要搞清楚什麼是 Node.js，首先就要搞清楚以上三個關鍵特徵。

1.1 Node.js 三個關鍵特徵

1.1.1 為瞭解決 Web 伺服器高併發問題

Ryan Dahl 在設計 Node 之前，一直致力於解決 Web 伺服器高併發引起的效能問題，根據工作經驗，他認為效能問題的瓶頸在於阻塞的 I/O 操作。恰逢 Chrome 推出了高效能的 V8 引擎，Ryan Dahl 認為 JavaScript 天然的非同步，事件委託機制以及 JavaScript 語言在服務端無歷史包袱的特性，非常適合透過非同步流程控制的方式提升大型分散式系統效能。於是，Node.js 應運而生。

儘管現在 Node.js 已經被應用於各種各樣的場景。但是我們始終應該認識到，理解 Node.js 的非同步流程控制原理才算是掌握了 Node.js 的核心。

1.1.2 Chrome V8 引擎

Chrome 核心基於 WebKit，分為以下兩個引擎：

  • 渲染引擎：Web Core；
  • JavaScript 解釋引擎：JavaScript Core；

而 Google 由於不滿意 JavaScript Core 的效能，於是自主研發了效能更好的 V8 引擎予以取代。

作為 JavaScript 的解釋引擎，V8 引擎的主要作用在於：

  1. 解釋與編譯 JavaScript；
  2. 堆管理；
  3. 處理記憶體垃圾回收；
  4. 處理記憶體分配；
  5. …

可以說，V8 引擎提供了一個高效能的 JavaScript 執行環境，因而 JavaScript 能夠有充足的底氣在各平臺（瀏覽器，服務端，桌面端）執行。

1.1.3 JavaScript 執行時環境

Node.js 既不是一門語言（JavaScript），也不是一個框架（React，Koa），而是一個 JavaScript 執行時環境。

那麼什麼是 JavaScript 執行時環境 呢？顧名思義，是一個可以執行 JavaScript 的環境。那麼這裡的環境是指什麼呢？主要包含以下兩個方面：

  1. 提供瞭解釋，編譯 JavaScript 的底層能力；
  2. 提供了一系列介面，使開發者可以透過 JavaScirpt 呼叫系統底層能力（例如網路，檔案讀寫等）；

前者是由 Chrome V8 引擎提供的，而後者則是由一個底層由 C，C++ 編寫的高效能的事件驅動的非同步 I/O 庫 libuv 所提供。

1.2 libuv

libuv 是一個跨平臺的，事件驅動的非同步 I/O 庫，為 Node 提供了 CPU 和作業系統層面的功能。我們知道不同的作業系統排程硬體的方式不同，CPU 的指令集也各有差異。libuv 則抹平了這一差異，透過名為 Node Bindings 的模組，向使用者暴露了統一的系統操作介面。

因此現在我們可以說，Node 實際上由兩部分組成：Chrome V8 引擎以及 libuv 。這兩層隱藏在 Node Bindings 之下，而使用者面向 Node Bindings 進行程式設計。

至此，你應該理解了什麼是 Node.js。它是一個跨平臺的 JavaScript 可執行環境，在這個環境中，你可以使用 JavaScript 充分調動作業系統的能力，做你想做的任何事！

2. Node.js 的哲學

要充分的理解 Node.js，除了前文提到的非同步流程控制原理之外，我們還需要了解下 Node.js 從創始到發展所彰顯的設計哲學，這有利於我們更喜歡 Node.js 生態。

我認為 Node.js 有以下三大特點：

  1. 開放；
  2. 專注；
  3. 簡約；

讓我分別解釋。

2.1 開放

Node.js 在設計之初，就堅持將核心庫做的足夠小，以便讓充分發揮社群的創造性，讓所有搭建大型系統的構建都儘可能來源於社群，因此每個構件都可以快速試錯和迭代。不得不說，這種做法雖然有顯得有些偷懶，但是事實證明這種對社群的信賴，和開放的態度收穫了巨大的回報：Node.js 擁有了全世界最活躍也是最大的社群和包管理平臺 npm。

2.2 專注

Node 社群的開發者始終保留著一個默契，將包的功能約束的足夠窄，最好一次只做好一件事，並對外暴露單一的介面。這樣包的開發，設計，測試就會變得更加簡單，包也就更加可靠。這種專注，也同時表現了開發者們的謙遜以及效率至上。

2.3 簡約

Node 包通常只暴露單一模組和介面，並繼承了 JavaScript 的簡約特點，使用簡單的資料結構。這使得 Node 包易於閱讀和理解。

3. 前端開發者如何學習 Node.js？

對於從未涉足過服務端開發的前端開發者而言，以下幾點是學習 Node 過程中必須補足的知識：

  1. 對 JavaScript 語言特性（特別是 ESNext），語法的深入理解；
  2. 資料庫知識與資料表設計能力；
  3. 系統架構能力；

而學習 Node.js 則可以分為兩個部分：

  1. 學習 Node.js 的核心庫的使用；
  2. 學習相關 Web 框架的使用；

在整個學習過程中，建議採用以下四步學習：

  1. 閱讀官方檔案；
  2. 撰寫 Demo 熟悉語法驗證思路；
  3. 在此過程中不斷地問自己問題，並深入調研得到答案；
  4. 透過對外輸出，分享所得加深自己的印象；

4. 小結

Node.js 在如今已經是每一位前端開發者必須掌握的技術，它透過 libuv 向前端開發者開放了作業系統層面的底層能力，讓開發者能夠全面使用計算機的算力和功能。並讓用一種語言解決 Web 應用開發的所有問題的想法成為可能。希望透過本文的介紹，您能夠對 Node.js 產生好奇，祝您在未來的探索旅途中，過得愉快。

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