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Node.js 究竟是什么?

一个 “编码就绪” 服务器

Node 是一个服务器端 JavaScript 解释器,它将改变服务器应该如何工作的概念。它的目标是帮助程序员构建高度可伸缩的应用程序,编写能够处理数万条同时连接到一个(只有一个)物理机的连接代码。

编者按

本文的第一版发表后,文中谈到的各种观点在社区中引起了广泛的讨论。因此,本文作者修改了第一版,其中借鉴了社区成员提出的观点。这种同行审阅和讨论是开源世界的关键组成部分。感谢那些提出建设性意见的同行。

与所有开源项目一样,Node.js 将继续向前发展,开发人员将探索可以克服任何限制的新资源和新技术。按照惯例,我们鼓励读者亲自尝试新技术。

简介

如果您听说过 Node,或者阅读过一些文章,宣称 Node 是多么多么的棒,那么您可能会想:“Node 究竟是什么东西?” 即便是在参阅 Node 的主页之后,您甚至可能还是 不明白 Node 为何物?Node 肯定不适合每个程序员,但它可能是某些程序员一直苦苦追寻的东西。

为 试图解释什么是 Node.js,本文将简要介绍一些背景信息:它要解决的问题,它如何工作,如何运行一个简单应用程序,最后,Node 在什么情况下是一个好的解决方案。本文不涉及如何编写一个复杂的 Node 应用程序,也不是一份全面的 Node 教程。阅读本文应该有助于您决定是否应该继续学习 Node,以便将其用于您的业务。

Node 旨在解决什么问题?

Node 公开宣称的目标是 “旨在提供一种简单的构建可伸缩网络程序的方法”。当前的服务器程序有什么问题?我们来做个数学题。在 Java™ 和 PHP 这类语言中,每个连接都会生成一个新线程,每个新线程可能需要 2 MB 的配套内存。在一个拥有 8 GB RAM 的系统上,理论上最大的并发连接数量是 4,000 个用户。随着您的客户群的增长,如果希望您的 Web 应用程序支持更多用户,那么,您必须添加更多服务器。当然,这会增加服务器成本、流量成本和人工成本等成本。除这些成本上升外,还有一个潜在技术问题,即 用户可能针对每个请求使用不同的服务器,因此,任何共享资源都必须在所有服务器之间共享。鉴于上述所有原因,整个 Web 应用程序架构(包括流量、处理器速度和内存速度)中的瓶颈是:服务器能够处理的并发连接的最大数量。

Node 解决这个问题的方法是:更改连接到服务器的方式。每个连接发射一个在 Node 引擎的进程中运行的事件,而不是为每个连接生成一个新的 OS 线程(并为其分配一些配套内存)。Node 声称它绝不会死锁,因为它根本不允许使用锁,它不会直接阻塞 I/O 调用。Node 还宣称,运行它的服务器能支持数万个并发连接。

现在您有了一个能处理数万个并发连接的程序,那么您能通过 Node 实际构建什么呢?如果您有一个 Web 应用程序需要处理这么多连接,那将是一件很 “恐怖” 的事!那是一种 “如果您有这个问题,那么它根本不是问题” 的问题。在回答上面的问题之前,我们先看看 Node 的工作原理以及它的设计运行方式。

Node 肯定不是什么?

没错,Node 是一个服务器程序。但是,基础 Node 产品肯定 像 Apache 或 Tomcat。本质上,那些服务器 “安装就绪型” 服 务器产品,支持立即部署应用程序。通过这些产品,您可以在一分钟内启动并运行一个服务器。Node 肯定不是这种产品。Apache 能通过添加一个 PHP 模块来允许开发人员创建动态 Web 页,添加一个 SSL 模块来实现安全连接,与此类似,Node 也有模块概念,允许向 Node 内核添加模块。实际上,可供选择的用于 Node 的模块有数百个之多,社区在创建、发布和更新模块方面非常活跃,一天甚至可以处理数十个模块。本文后面将讨论 Node 的整个模块部分。

Node 如何工作?

Node 本身运行 V8 JavaScript。等等,服务器上的 JavaScript?没错,您没有看错。对于只在客户机上使用 JavaScript 的程序员而言,服务器端 JavaScript 可能是一个新概念,但这个概念本身并非遥不可及,因此为何不能在服务器上使用客户机上使用的编程语言?

什么是 V8?V8 JavaScript 引擎是 Google 用于其 Chrome 浏览器的底层 JavaScript 引擎。很少有人考虑 JavaScript 在客户机上实际做了些什么?实际上,JavaScript 引擎负责解释并执行代码。Google 使用 V8 创建了一个用 C++ 编写的超快解释器,该解释器拥有另一个独特特征;您可以下载该引擎并将其嵌入任何 应用程序。V8 JavaScript 引擎并不仅限于在一个浏览器中运行。因此,Node 实际上会使用 Google 编写的 V8 JavaScript 引擎,并将其重建为可在服务器上使用。太完美了!既然已经有一个不错的解决方案可用,为何还要创建一种新语言呢?

事件驱动编程

许多程序员接受的教育使他们认为,面向对象编程是完美的编程设计,这使得他们对其他编程方法不屑一顾。Node 使用了一个所谓的事件驱动编程模型。

清单 1. 客户端上使用 jQuery 的事件驱动编程
// jQuery code on the client-side showing how Event-Driven programming works

// When a button is pressed, an Event occurs - deal with it
// directly right here in an anonymous function, where all the
// necessary variables are present and can be referenced directly
$("#myButton").click(function(){
     if ($("#myTextField").val() != $(this).val())
         alert("Field must match button text");
});

实际上,服务器端和客户端没有任何区别。没错,这没有按钮点击操作,也没有向文本字段键入的操作,但在一个更高的层面上,事件正在 发生。一个连接被建立,这是一个事件!数据通过连接进行接收,这也是一个事件!数据通过连接停止,这还是一个事件!

为 什么这种设置类型对 Node 很理想?JavaScript 是一种很棒的事件驱动编程语言,因为它允许使用匿名函数和闭包,更重要的是,任何写过代码的人都熟悉它的语法。事件发生时调用的回调函数可以在捕获事件处 进行编写。这样可以使代码容易编写和维护,没有复杂的面向对象框架,没有接口,没有过度设计的可能性。只需监听事件,编写一个回调函数,其他事情都可以交 给系统处理!

示例 Node 应用程序

最 后,我们来看一些代码!让我们将讨论过的所有内容汇总起来,从而创建我们的第一个 Node 应用程序。我们已经知道,Node 对于处理高流量应用程序很理想,所以我们将创建一个非常简单的 Web 应用程序,一个为实现最快速度而构建的应用程序。下面是 “老板” 交代的关于我们的样例应用程序的具体要求:创建一个随机数字生成器 RESTful API。这个应用程序应该接受一个输入:一个名为 “number” 的参数。然后,应用程序返回一个介于 0 和该参数之间的随机数字,并将生成的数字返回给调用者。由于 “老板” 希望该应用程序成为一个广泛流行的应用程序,因此它应该能处理 50,000 个并发用户。我们来看看以下代码:

清单 2. Node 随机数字生成器
// these modules need to be imported in order to use them.
// Node has several modules.  They are like any #include
// or import statement in other languages
var http = require("http");
var url = require("url");

// The most important line in any Node file.  This function
// does the actual process of creating the server.  Technically,
// Node tells the underlying operating system that whenever a
// connection is made, this particular callback function should be
// executed.  Since we're creating a web service with REST API,
// we want an HTTP server, which requires the http variable
// we created in the lines above.
// Finally, you can see that the callback method receives a 'request'
// and 'response' object automatically.  This should be familiar
// to any PHP or Java programmer.
http.createServer(function(request, response) {

     // The response needs to handle all the headers, and the return codes
     // These types of things are handled automatically in server programs
     // like Apache and Tomcat, but Node requires everything to be done yourself
     response.writeHead(200, {"Content-Type": "text/plain"});

     // Here is some unique-looking code.  This is how Node retrives
     // parameters passed in from client requests.  The url module
     // handles all these functions.  The parse function
     // deconstructs the URL, and places the query key-values in the
     // query object.  We can find the value for the "number" key
     // by referencing it directly - the beauty of JavaScript.
     var params = url.parse(request.url, true).query;
     var input = params.number;

     // These are the generic JavaScript methods that will create
     // our random number that gets passed back to the caller
     var numInput = new Number(input);
     var numOutput = new Number(Math.random() * numInput).toFixed(0);
     
     // Write the random number to response
     response.write(numOutput);
     
     // Node requires us to explicitly end this connection.  This is because
     // Node allows you to keep a connection open and pass data back and forth,
     // though that advanced topic isn't discussed in this article.
     response.end();

   // When we create the server, we have to explicitly connect the HTTP server to
   // a port.  Standard HTTP port is 80, so we'll connect it to that one.
}).listen(80);

// Output a String to the console once the server starts up, letting us know everything
// starts up correctly
console.log("Random Number Generator Running...");

启动应用程序

将上面的代码放入一个名为 “random.js” 的文件中。现在,要启动这个应用程序并运行它(以便创建 HTTP 服务器并监听端口 80 上的连接),只需在您的命令提示中输入以下命令:% node random.js。下面是服务器已经启动并运行时看起来的样子:

root@ubuntu:/home/moila/ws/mike# node random.js
Random Number Generator Running...

访问应用程序

应 用程序已经启动并运行。Node 正在监听所有连接,我们来测试一下。由于我们创建了一个简单的 RESTful API,所以可以使用 Web 浏览器来访问这个应用程序。键入以下地址(确保您已完成了上面的步骤):http://localhost/?number=27。

您的浏览器窗口将更改到一个介于 0 到 27 之间的随机数字。单击浏览器上的 “重新载入” 按钮,您会得到另一个随机数字。就是这样,这就是您的第一个 Node 应用程序!

Node 对什么有好处?

到此为止,您可能能够回答 “Node 是什么” 这个问题了,但您可能还有一个问题:“Node 有什么用途?” 这是一个需要提出的重要问题,因为肯定有些东西能受益于 Node。

它对什么有好处?

正如您此前所看到的,Node 非常适合以下情况:在响应客户端之前,您预计可能有很高的流量,但所需的服务器端逻辑和处理不一定很多。Node 表现出众的典型示例包括:

  • RESTful API提 供 RESTful API 的 Web 服务接收几个参数,解析它们,组合一个响应,并返回一个响应(通常是较少的文本)给用户。这是适合 Node 的理想情况,因为您可以构建它来处理数万条连接。它仍然不需要大量逻辑;它本质上只是从某个数据库中查找一些值并将它们组成一个响应。由于响应是少量文 本,入站请求也是少量的文本,因此流量不高,一台机器甚至也可以处理最繁忙的公司的 API 需求。
  • Twitter 队列想 像一下像 Twitter 这样的公司,它必须接收 tweets 并将其写入数据库。实际上,每秒几乎有数千条 tweet 达到,数据库不可能及时处理高峰时段所需的写入数量。Node 成为这个问题的解决方案的重要一环。如您所见,Node 能处理数万条入站 tweet。它能快速而又轻松地将它们写入一个内存排队机制(例如 memcached),另一个单独进程可以从那里将它们写入数据库。Node 在这里的角色是迅速收集 tweet,并将这个信息传递给另一个负责写入的进程。想象一下另一种设计(常规 PHP 服务器会自己尝试处理对数据库本身的写入):每个 tweet 都会在写入数据库时导致一个短暂的延迟,因为数据库调用正在阻塞通道。由于数据库延迟,一台这样设计的机器每秒可能只能处理 2000 条入站 tweet。每秒处理 100 万条 tweet 则需要 500 个服务器。相反,Node 能处理每个连接而不会阻塞通道,从而能够捕获尽可能多的 tweets。一个能处理 50,000 条 tweet 的 Node 机器仅需 20 台服务器即可。
  • 电子游戏统计数据如 果您在线玩过《使命召唤》这款游戏,当您查看游戏统计数据时,就会立即意识到一个问题:要生成那种级别的统计数据,必须跟踪海量信息。这样,如果有数百万 玩家同时在线玩游戏,而且他们处于游戏中的不同位置,那么很快就会生成海量信息。Node 是这种场景的一种很好的解决方案,因为它能采集游戏生成的数据,对数据进行最少的合并,然后对数据进行排队,以便将它们写入数据库。使用整个服务器来跟踪 玩家在游戏中发射了多少子弹看起来很愚蠢,如果您使用 Apache 这样的服务器,可能会 有一些有用的限制;但相反,如果您专门使用一个服务器来跟踪一个游戏的所有统计数据,就像使用运行 Node 的服务器所做的那样,那看起来似乎是一种明智之举。

Node 模块

尽 管不是本文最初计划讨论的主题,但应广大读者要求,本文已经扩展为包含一个 Node Modules 和 Node Package Manager 简介。正如已经习惯使用 Apache 的开发人员那样,您也可以通过安装模块来扩展 Node 的功能。但是,可用于 Node 的模块极大地 增强了这个产品,那些模块非常有用,将使用 Node 的开发人员通常会安装几个模块。因此,模块也就变得越来越重要,甚至成为整个产品的一个关键部分。

在 “参考资料” 部分,我提供了一个指向模块页面的链接,该页面列示了所有可用模块。为了展示模块能够提供的可能性,我在数十个可用模块中包含了以下几个模块:一个用于编 写动态创建的页面(比如 PHP),一个用于简化 MySQL 使用,一个用于帮助使用 WebSockets,还有一个用来协助文本和参数解析的模块。我不会详细介绍这些模块,这是因为这篇概述文章旨在帮助您了解 Node 并确定是否需要深入学习(再次重申),如果需要,那么您肯定有机会用到这些可用模块。

另外,Node 的一个特性是 Node Package Module,这是一个内置功能,用于安装和管理 Node 模块。它自动处理依赖项,因此您可以确定:您想要安装的任何模块都将正确安装并包含必要的依赖项。它还支持将您自己的模块发布到 Node 社区,假如您选择加入社区并编写自己的模块的话。您可以将 NPM 视为一种允许轻松扩展 Node 功能的方法,不必担心这会破坏您的 Node 安装。同样,如果您选择深入学习 Node,那么 NPM 将是您的 Node 解决方案的一个重要组成部分。

结束语

阅 读本文之后,您在本文开头遇到的问题 “Node.js 究竟是什么东西?” 应该已经得到了解答,您应该能通过几个清晰简洁的句子回答这个问题。如果这样,那么您已经走到了许多程序员的前面。我和许多人都谈论过 Node,但他们对 Node 究竟用于做什么一直很迷惑。可以理解,他们具有的是 Apache 的思维方式,认为服务器就是一个应用程序,将 HTML 文件放入其中,一切就会正常运转。由于大多数程序员都熟悉 Apache 及其用途,因此,描述 Node 的最简单方法就是将它与 Apache 进行比较。Node 是一个程序,能够完成 Apache 能够完成的所有任务(借助一些模块),而且,作为一个可以将其作为基础进行构建的可扩展 JavaScript 平台,Node 还能完成更多的任务。

从 本文可以看出,Node 完成了它提供高度可伸缩服务器的目标。它使用了 Google 的一个非常快速的 JavaScript 引擎,即 V8 引擎。它使用一个事件驱动设计来保持代码最小且易于阅读。所有这些因素促成了 Node 的理想目标,即编写一个高度可伸缩的解决方案变得比较容易。

与理解 Node 什么同样重要的是,理解它不是 什么。Node 并不只是 Apache 的一个替代品,它旨在使 PHP Web 应用程序更容易伸缩。事实远非如此。尽管 Node 还处于初始阶段,但它发展得非常迅速,社区参与度非常高,社区成员创建了大量优秀模块,一年之内,这个不断发展的产品就有可能出现在您的企业中。

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