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)一了語言和數據格式（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?！疽曨l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據。

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)議將數據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據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，這篇文章的鏈接現在已經失效了），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 實現了超過 1M 連接并發(fā)數的級別，以及 600k 的 websockets 并發(fā)連接數。

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 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 對象數據庫提供 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，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、數據密集型（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?；蛘咴诟呒壍慕鉀Q方案中，可以用消息隊列作為消息路由，還可以實現更強大的傳遞機制，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。

對象數據庫頂層的 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據庫（例如MongoDB）公開數據。 JSON 存儲的數據允許 Node.js 在對象與存儲數據一致和沒有數據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，在從數據庫讀取或寫入時（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?？傊诳蛻舳恕⒎掌骱蛿祿熘惺褂媒y(tǒng)一的數據序列化格式，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)數據，那么你的數據庫可能會成為瓶頸。如上所述，Node.js 可以輕松地自己處理并發(fā)連接。但是因為數據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。解決方案是在數據真正寫入數據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據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據時進行分批處理；以及最終一致性（經常在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）。

數據通過某種緩存或消息隊列（例如，RabbitMQ，ZeroMQ）排隊，并通過單獨的數據庫批量寫入過程，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，但不能在相同的硬件上實現，以維持相同的高吞吐量。

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

數據流

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，因為數據通過流進入，我們可以實時的去處理它。這可以用于實時音頻視頻編碼，以及在不同數據源的之間進行代理（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，或從多個源收集數據的場景特別有用。

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據，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。

股票交易商的數據界面

讓我們回到應用程序。可以很容易地用實時網絡解決方案取代的另一個例子是股票經紀人的交易軟件，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 將數據推送到客戶端。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 和對象存儲數據庫（如MongoDB）構建它，甚至可以在數據庫級別進行構建。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 與關系數據庫放一起使用仍然非常困難（