JavaScript 的日益發(fā)展帶來了很多變化，當今的 Web 開發(fā)面貌已經(jīng)變得截然不同。在幾年前是很難想象在服務器上運行 JavaScript 的。

在深入研究Node.js之前，你可能想了解使用跨棧的 JavaScript 有什么好處，它統(tǒng)一了語言和數(shù)據(jù)格式（JSON），允許你以最佳的方式重用開發(fā)人員資源。將 Node.js 合并到技術棧中是一個關鍵優(yōu)勢。【視頻教程推薦：nodejs視頻教程 】

Node.js 是一個基于 Chrome 的名為 V8 的 JavaScript 引擎構建的 JavaScript 運行環(huán)境。值得注意的是，Node.js 的創(chuàng)建者 Ryan Dahl 的“受到 Gmail 等應用的啟發(fā)”，目標是為了開發(fā)一個具有實時推送功能的網(wǎng)站。在 Node.js 中，他提供了一個用于處理非阻塞事件驅動的 I/O 工具。

用一句話來概括：Node.js 在基于websockets 推送技術的實時 Web 應用中大放異彩。在過去的 20 多年來我們一直在使用基于無狀態(tài)請求 – 響應模式的無狀態(tài) Web 應用，現(xiàn)在終于擁有了能夠實時雙向連接的 Web 應用，其中客戶端和服務器都可以啟動通信，并允許它們自由地交換數(shù)據(jù)。

這與典型的總是由客戶端發(fā)起通信的 Web 響應模式形了成鮮明的對比。此外它也同樣基于在標準端口 80 上運行的開放 Web 技術棧（HTML，CSS和JS）。

有人可能會爭辯說，我們多年來一直以 Flash 和 Java Applet 的形式做到這一點 —— 但實際上，這些只是使用 Web 作為傳輸協(xié)議將數(shù)據(jù)傳給客戶端的沙盒環(huán)境。此外，它們是隔離運行的，通常在非標準端口上運行，這可能需要額外的權限。

憑借其優(yōu)勢，Node.js 在依賴其獨特優(yōu)勢的眾多知名公司的技術堆棧中發(fā)揮著關鍵作用。 Node.js 基金會幾乎已經(jīng)整合了所有最好的想法，可以在 Node.js 基金會的案例研究頁面上找到關于為什么企業(yè)應該考慮 Node.js 的簡短PPT。

在本文中，我將不僅要討論如何使用這些優(yōu)勢，而且還要討論 為什么 你可能想要使用 Node.js ，并用一些經(jīng)典的 Web 應用程序模型作為示例。

它是如何工作的？

Node.js 的主要思想是：在面向跨分布式設備運行的數(shù)據(jù)密集型的實時程序時，使用非阻塞、事件驅動的 I/O 來保證輕量和高效。

這讀起來很拗口。

這意味著 Node.js 不是 一個即將成為主宰 Web 開發(fā)界的能夠解決一切的新平臺。 相反，它是一個滿足特定需求的平臺。理解這一點絕對是有必要的。你絕不希望將 Node.js 用于 CPU 密集型的操作；實際上，將它用于進行大量繁重運算的場合將會消除它幾乎所有的優(yōu)點。 Node.js 真正發(fā)揮作用的地方在于構建快速、可擴展的網(wǎng)絡應用，因為它能夠以高吞吐量處理大量并發(fā)連接，這相當于具有高可擴展性。

其底層的工作原理非常有趣。傳統(tǒng)的 Web 服務技術每個連接（請求）都會產生一個新線程，占用系統(tǒng)內存并最終受限于可用的最大內存，而 Node.js 在單線程上運行，使用非阻塞 I/O 調用，允許它支持數(shù)以萬計的并發(fā)連接（在 event loop 中維持）。

快速計算：假設每個線程需要 2 MB 內存，那么在有 8 GB 內存的系統(tǒng)上運行的話，理論上最多有 4000 個并發(fā)連接（計算來自 Michael Abernethy 的文章 “Just what is Node.js？“，2011年在 IBM developerWorks 上發(fā)布;不幸的是，這篇文章的鏈接現(xiàn)在已經(jīng)失效了），這還沒有算上線程之間的上下文切換的成本。這就是你通常在傳統(tǒng)的 Web 服務器技術中處理的場景。通過避免所有這些問題，Node.js 實現(xiàn)了超過 1M 連接并發(fā)數(shù)的級別，以及 600k 的 websockets 并發(fā)連接數(shù)。

當然，編寫 Node.js 應用的潛在缺陷是存在客戶端請求之間共享單個線程的問題。首先，繁重的計算可能會阻塞 Node 的單個線程并導致 所有 客戶端出現(xiàn)問題（稍后會詳細說明），因為傳入的請求將被阻塞，直到計算完成為止。其次開發(fā)人員需要 非常小心，不要讓異常冒泡到到核心（最頂層）Node.js 事件循環(huán)，這將導致 Node.js 實例終止（程序崩潰）。

為了避免異常冒泡到頂層，常用技術是將錯誤作為回調參數(shù)傳遞回調用者（而不是像在其他環(huán)境中那樣拋出它們）。即使一些未被處理的異常冒泡到頂層，也有一些工具來監(jiān)視 Node.js 進程并執(zhí)行必要的恢復崩潰 （雖然可能無法恢復到用戶會話的當前狀態(tài)），最常見的是 Forever 模塊。

npm：node 包管理器

在討論 Node.js 時，一件絕對不應該被忽略的事是支持使用內置的 npm 工具進行包管理，默認情況下每個 Node.js 環(huán)境都會安裝。 npm 模塊的概念非常類似于 Ruby Gems：一組可通過在線存儲庫輕松安裝，具有版本和依賴關系管理的可重用組件，。

可以在 npm 網(wǎng)站上找到已打包模塊的完整列表，也可以使用自動與 Node.js 一起安裝的 npm CLI 工具進行訪問。模塊生態(tài)系統(tǒng)對所有人開放，任何人都可以發(fā)布自己的模塊，發(fā)布的模塊將出現(xiàn)在 npm 存儲庫中。有關 npm 的簡介，請參閱初學者指南，以及 npm 發(fā)布教程中關于發(fā)布模塊的部分。

一些很有用的 npm 模塊是：

• express —— Express.js，一個受 Sinatra 啟發(fā)的 Node.js Web 開發(fā)框架，當今大多數(shù) Node.js 應用程序的事實標準。
• hapi —— 一個模塊化的且非常易于使用的以配置為中心的框架，用于構建 Web 和服務應用
• connect —— Connect 是 Node.js 的可擴展 HTTP 服務器框架，提供了一系列稱為中間件的高性能“插件”作為Express的基礎。
• socket.io 和 sockjs —— 今天最常見的兩個 websockets 服務器端組件。
• pug（以前叫 Jade）—— 受 HAML 啟發(fā)的流行模板引擎之一，Express.js 中的默認選項。
• mongodb 和 mongojs —— MongoDB 包裝器，為 Node.js 中的 MongoDB 對象數(shù)據(jù)庫提供 API。
• redis —— Redis 客戶端。
• forever?—— 可能是確保給定 node 腳本連續(xù)運行的最常用實用程序。在遇到意外故障時，將 Node.js 的進程保持在生產狀態(tài)。
• bluebird —— 功能齊全的 Promises/A+ 實現(xiàn)，性能非常出色
• moment —— 用于解析、驗證、操作和格式化日期的輕量級 JavaScript 日期庫。

列表還在不斷增長。那里有很多有用的包，可供所有人使用。

哪些場合應該使用 Node.js

在線聊天

在線聊天是最典型的實時多用戶應用，也是 Node.js 的最佳案例：它是一個輕量級、高流量、數(shù)據(jù)密集型（但是低處理和計算）的應用程序，可分布式跨設備運行。它也是一個很好的學習案例，因為它很簡單，但涵蓋了你在典型的 Node.js 程序中所使用的大部分范例。

讓我們試著描繪它是如何工作的。

假設一個最簡單的場景，在我們的網(wǎng)站上有一個聊天室，人們可以通過一對多（實際上是對所有人）的方式交換消息。

在服務器端，我們有一個簡單的 Express.js 程序，它實現(xiàn)了兩件事：1) 一個GET 請求的處理程序，它提供了包含留言板和用于初始化新消息輸入的“發(fā)送”按鈕的功能，以及2) 用于偵聽 websocket 客戶端發(fā)出的新消息的w ebsockets 服務器。

在客戶端，我們有一個 HTML 頁面，其中設置了幾個處理程序，一個用于“發(fā)送”按鈕的單擊事件，它接收輸入消息并將其發(fā)送到 websocket，另一個用于偵聽新的傳入消息并顯示在 websockets 客戶端上（即服務器希望客戶端顯示的其他用戶發(fā)送的消息）。

當其中一個客戶發(fā)布消息時，會發(fā)生以下情況：

• 瀏覽器捕獲單擊“發(fā)送”按鈕事件處理 JavaScript 程序，從輸入字段（即消息文本）中獲取值，并使用連接到我們服務器的 websocket 客戶端發(fā)出 websocket 消息（在網(wǎng)頁初始化時初始化） 。
• websocket 連接的服務器端組件接收消息，并使用廣播方式將其轉發(fā)給所有其他的客戶端。
• 所有客戶端都通過在網(wǎng)頁中運行的 websockets 客戶端組件接收新消息。然后，他們通過將新消息添加頁面上并更新。

這是最簡單的例子。對于更強大的解決方案，你可以使用基于 Redis 的簡單緩存。或者在更高級的解決方案中，可以用消息隊列作為消息路由，還可以實現(xiàn)更強大的傳遞機制，例如可以在連接丟失或在客戶端脫機時存儲消息。但無論你做出哪些改進，Node.js 仍將按照相同的基本原則運行：對事件做出反應，處理許多并發(fā)連接，并保持用戶體驗的流暢性。

對象數(shù)據(jù)庫頂層的 API

雖然 Node.js 的確很適合開發(fā)實時應用，但它也很適合從對象數(shù)據(jù)庫（例如MongoDB）公開數(shù)據(jù)。 JSON 存儲的數(shù)據(jù)允許 Node.js 在對象與存儲數(shù)據(jù)一致和沒有數(shù)據(jù)轉換的情況下良好的運行。

例如，如果你正在使用 Rails，那么你需要從 JSON 轉換為二進制模型，然后通過 HTTP 再將它們轉為 JSON 在 React.js 或 Angular.js 中使用 ，甚至可以用簡單的 jQuery AJAX 進行調用。使用 Node.js，你可以通過 REST API 直接公開你的 JSON 對象來供客戶端使用。此外，在從數(shù)據(jù)庫讀取或寫入時（如果你使用的是MongoDB），你無需擔心在 JSON 和其他任何內容之間進行轉換的問題。總之在客戶端、服務器和數(shù)據(jù)庫中使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)序列化格式，可以避免多次轉換的麻煩。

隊列輸入

如果你收到了大量并發(fā)數(shù)據(jù)，那么你的數(shù)據(jù)庫可能會成為瓶頸。如上所述，Node.js 可以輕松地自己處理并發(fā)連接。但是因為數(shù)據(jù)庫訪問是一種阻塞操作（在這種情況下），所以我們遇到了麻煩。解決方案是在數(shù)據(jù)真正寫入數(shù)據(jù)庫之前先確認客戶端的行為。

通過這種方法，系統(tǒng)可以在高負載下保持其響應性，這在客戶端不需要確認數(shù)據(jù)成功寫入時尤其有用。典型的例子包括：記錄或寫入用戶跟蹤數(shù)據(jù)時進行分批處理；以及最終一致性（經(jīng)常在NoSQL世界中使用）可以接受的不需要立即作出反映的操作（例如更新 Facebook 上的“Likes”計數(shù)）。

數(shù)據(jù)通過某種緩存或消息隊列（例如，RabbitMQ，ZeroMQ）排隊，并通過單獨的數(shù)據(jù)庫批量寫入過程，或者由計算密集型后端服務進行消化，再寫入更好的能夠執(zhí)行此類任務的平臺。類似的行為可以用其他語言或框架實現(xiàn)，但不能在相同的硬件上實現(xiàn)，以維持相同的高吞吐量。

簡而言之：使用 Node，你可以將數(shù)據(jù)庫寫先入到一個地方，稍后再去處理它們，就像它們已經(jīng)被成功處理一樣。

數(shù)據(jù)流

在更傳統(tǒng)的Web平臺中，HTTP 請求和響應被看作是孤立事件，實際上他們是流。可以在 Node.js 中使用這個性質來構建一些很酷的功能。例如文件可以被一邊上傳一邊處理，因為數(shù)據(jù)通過流進入，我們可以實時的去處理它。這可以用于實時音頻視頻編碼，以及在不同數(shù)據(jù)源的之間進行代理（參見下一部分）。

代理

把 Node.js 用作服務器端代理是很容易的，它能夠以非阻塞方式處理大量的并發(fā)連接。這對于為代理不同響應時間的多個服務，或從多個源收集數(shù)據(jù)的場景特別有用。

例如以下場景：當服務器端程序與第三方資源進行通信時，會從不同的來源提取數(shù)據(jù)，或者將圖像和視頻等資源存儲到第三方云服務上。

盡管有專用代理服務器，但是如果你沒有基礎的代理架構，或者你需要本地開發(fā)環(huán)境，那么 Node 可能會對你有所幫助。

股票交易商的數(shù)據(jù)界面

讓我們回到應用程序?？梢院苋菀椎赜脤崟r網(wǎng)絡解決方案取代的另一個例子是股票經(jīng)紀人的交易軟件，它用于跟蹤股票價格、執(zhí)行計算、技術分析以及創(chuàng)建圖表。

如果切換到基于 Web 的實時解決方案，經(jīng)紀人將可以輕松切換工作站或工作場所。很快，我們可能會開始在佛羅里達州的海灘上看到它們……

應用監(jiān)控儀表板

另一個常見的用例，其中 Node-with-web-socket 完全適合：跟蹤網(wǎng)站訪問者并對他們的交互進行實時的可視化。你可以從用戶那里實時收集統(tǒng)計信息，甚至可以通過在訪問渠道中特定的點來打開通信渠道，并與訪問者進行有針對性的互動，這種方案可以在這里找到： CANDDi。

想象一下，如果你能夠實時了解訪問者所做的事情，你將如何改善你的業(yè)務呢？通過使用 Node.js 的實時雙向套接字，現(xiàn)在就可以做到了。

系統(tǒng)監(jiān)控儀表板

在基礎設施方面，。比如想要為其用戶提供服務監(jiān)控頁面的SaaS提供商（例如，GitHub狀態(tài)頁面）。通過 Node.js 事件循環(huán)，我們可以創(chuàng)建一個功能強大的基于 Web 的儀表板，以異步方式檢查服務的狀態(tài)，并使用 websockets 將數(shù)據(jù)推送到客戶端。公司內部和公共服務的狀態(tài)都可以使用該技術得到實時報告。

注意：不要嘗試在 Node.js 中構建硬實時系統(tǒng)（即需要一致響應時間的系統(tǒng)）。對于那類應用程序，Erlang 可能是更好的選擇。

哪些場合可以使用 Node.js

服務器端 Web 應用

配合 Express.js 的 Node.js 也可在服務器端創(chuàng)建經(jīng)典 Web 應用。對于這種方法，有人支持也有人反對。以下是一些需要考慮的問題：

優(yōu)點：

• 如果你的程序沒有任何 CPU 密集型計算，可以用 Javascript 和對象存儲數(shù)據(jù)庫（如MongoDB）構建它，甚至可以在數(shù)據(jù)庫級別進行構建。這顯著的簡化了開發(fā)工作。
• 爬蟲會收到一個能夠完全呈現(xiàn)的 HTML 響應，這比單頁應用或在 Node.js 上運行的 websockets 應用程序更能進行 SEO 。

缺點：

• 任何 CPU 密集型計算都會阻止 Node.js 響應，因此線程平臺是一種更好的方法。
• 將 Node.js 與關系數(shù)據(jù)庫放一起使用仍然非常困難（