Node.js 可以做什么

本文链接： https://blog.csdn.net/Maiduoudo/article/details/98945549

摘自百度百科：

Node.js 是一个基于 Chrome V8 引擎的 JavaScript 运行环境。 Node.js 使用了一个事件驱动、非阻塞式 I/O 的模型。

Node 是一个让 JavaScript 运行在服务端的开发平台，它让 JavaScript 成为与PHP、Python、Perl、Ruby 等服务端语言平起平坐的脚本语言。发布于2009年5月，由Ryan Dahl开发，实质是对Chrome V8引擎进行了封装。

Node对一些特殊用例进行优化，提供替代的API，使得V8在非浏览器环境下运行得更好。V8引擎执行Javascript的速度非常快，性能非常好。Node是一个基于Chrome JavaScript运行时建立的平台，用于方便地搭建响应速度快、易于扩展的网络应用。Node 使用事件驱动，非阻塞I/O 模型而得以轻量和高效，非常适合在分布式设备上运行数据密集型的实时应用。

官网（中文）入口：http://nodejs.cn/

正文

　从零开始nodejs系列文章，将介绍如何利Javascript做为服务端脚本，通过Nodejs框架web开发。Nodejs框架是基于V8的引擎，是目前速度最快的 Javascript引擎。chrome浏览器就基于V8，同时打开20-30个网页都很流畅。Nodejs标准的web开发框架Express，可以帮助我们迅速建立web站点，比起PHP的开发效率更高，而且学习曲线更低。非常适合小型网站，个性化网站，我们自己的Geek网站！！

概述：

NodeJS宣称其目标是“旨在提供一种简单的构建可伸缩网络程序的方法”，那么它的出现是为了解决什么问题呢，它有什么优缺点以及它适用于什么场景呢？
　　本文就个人使用经验对这些问题进行探讨。

一. NodeJS的背景

我们先来看看NodeJS官网上的介绍：

　Node.js is a platform built on Chrome's JavaScript runtime for easily building fast, scalable network applications. Node.js uses an event-driven, non-blocking I/O model that makes it lightweight and efficient, perfect for data-intensive real-time applications that run across distributed devices.

其特点为：

　　它是一个Javascript运行环境
　　依赖于Chrome V8引擎进行代码解释
　　事件驱动
　　非阻塞I/O
　　轻量、可伸缩，适于实时数据交互应用
　　单进程，单线程

　　Node.js的是建立在Chrome的JavaScript的运行时，可方便地构建快速，可扩展的网络应用程序的平台。Node.js使用事件驱动，非阻塞I/O模型，轻量、高效，可以完美地处理时时数据，运行在不同的设备上。

　1.1. 谁在用Nodejs?

　　从Nodejs官方网站的企业登记页(https://github.com/joyent/node/wiki/Projects,-Applications,-and-Companies-Using-Node)，包括我们熟知的公司有LinkedIn, Yahoo, Paypal, eBay, Walmart，Groupon 还有很多的中小型公司，国内的公司如雪球、淘宝、网易、百度等也都有很多项目运行在Node.js之上。

　　这些公司不仅是尝试在用，而且都在向Nodejs迁移。截止到2014年6月本文发稿时，已经有79693包在npm.org上面发布，而且这个数字还在快速增长中。

　　那么接下来，大家肯定都会问为什么要是用Nodejs呢？

1.2. 为什么要用Nodejs?

　　从我使用体会来说，Node有4大优势：

我们先来看看NodeJS官网上的介绍：

Nodejs基于Javascript语言，不用再单独新学一门陌生的语言，从而减低了学习的门槛。同时，Javascript语言在Web前端开发中至关重要，特别HTML5的应用必须要使用，所以前后台统一语言，不仅可以实现程序员的全栈开发，还可以统一公共类库，代码标准化。单凭这一点，Nodejs就已经赢得市场的青睐了。

Nodejs并没有重新开发运行时环境，而是选择了目前最快的浏览器内核V8做为执行引擎，保证了Nodejs的性能和稳定性。

Nodejs的开发非常高效，而且代码简单，得意于Nodejs的单线程机制。而Nodejs的另一个特点异步编程，让Nodejs处理IO密集型应用有了明显的优势。个人感觉，用Nodejs比Java做Web开发要高效10倍，比PHP的代码还要简单。

Nodejs的社区在壮大，不仅包的数量在快速增加，而且包的质量也要明显好于其他语言的。很多明星级的包，都是简单而灵巧的，为了开发者的使用习惯而设计。我最常用到的工具包，如socket.io, moment.js, underscore.js, async.js, express.js, bower.js, grunt.js, forever.js…，确实在改变我以前的编程习惯。

　　当然，除了我使用Nodejs的理由，很多公司也都有自己的使用理由。

ebay选择Nodejs的理由，可以归纳为以下4点：

动态语言：开发效率非常高，并有能力构建复杂系统，如ql.io。
性能和I/O负载：Nodejs非常好的解决了IO密集的问题，通过异步IO来实现。
连接的内存开销：每个Node.js进程可以支持超过12万活跃的连接，每个连接消耗大约2K的内存。
操作性：实现了Nodejs对于内存堆栈的监控系统。

二. NodeJS带来的对系统瓶颈的解决方案

它的出现确实能为我们解决现实当中系统瓶颈提供了新的思路和方案，下面我们看看它能解决什么问题

1. 并发连接

举个例子，想象一个场景，我们在银行排队办理业务，我们看看下面两个模型

（1）系统线程模型：
　　

这种模型的问题显而易见，服务端只有一个线程，并发请求（用户）到达只能处理一个，其余的要先等待，这就是阻塞，正在享受服务的请求阻塞后面的请求了

（2）多线程、线程池模型：

这个模型已经比上一个有所进步，它调节服务端线程的数量来提高对并发请求的接收和响应，但并发量高的时候，请求仍然需要等待，它有个更严重的问题：
　　回到代码层面上来讲，我们看看客户端请求与服务端通讯的过程：

服务端与客户端每建立一个连接，都要为这个连接分配一套配套的资源，主要体现为系统内存资源，以PHP为例，维护一个连接可能需要20M的内存
　　这就是为什么一般并发量一大，就需要多开服务器

那么NodeJS是怎么解决这个问题的呢？
　　我们来看另外一个模型，想象一下我们在快餐店点餐吃饭的场景

（3）异步、事件驱动模型
　　

我们同样是要发起请求，等待服务器端响应；但是与银行例子不同的是，这次我们点完餐后拿到了一个号码，
　　拿到号码，我们往往会在位置上等待，而在我们后面的请求会继续得到处理，同样是拿了一个号码然后到一旁等待，接待员能一直进行处理。
　　等到饭菜做号了，会喊号码，我们拿到了自己的饭菜，进行后续的处理（吃饭）
　　这个喊号码的动作在NodeJS中叫做回调（Callback），能在事件（烧菜，I/O）处理完成后继续执行后面的逻辑（吃饭），
　　这体现了NodeJS的显著特点，异步机制、事件驱动
　　整个过程没有阻塞新用户的连接（点餐），也不需要维护已经点餐的用户与厨师的连接

基于这样的机制，理论上陆续有用户请求连接，NodeJS都可以进行响应，因此NodeJS能支持比Java、PHP程序更高的并发量
　　虽然维护事件队列也需要成本，再由于NodeJS是单线程，事件队列越长，得到响应的时间就越长，并发量上去还是会力不从心
　　
　　总结一下NodeJS是怎么解决并发连接这个问题的：
　　更改连接到服务器的方式，每个连接发射（emit）一个在NodeJS引擎进程中运行的事件（Event），放进事件队列当中，
　　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）

2. I/O阻塞

NodeJS解决的另外一个问题是I/O阻塞，看看这样的业务场景：需要从多个数据源拉取数据，然后进行处理

（1）串行获取数据，这是我们一般的解决方案，以PHP为例

假如获取profile和timeline操作各需要1S，那么串行获取就需要2S

（2）NodeJS非阻塞I/O，发射/监听事件来控制执行过程

NodeJS遇到I/O事件会创建一个线程去执行，然后主线程会继续往下执行的，
　　因此，拿profile的动作触发一个I/O事件，马上就会执行拿timeline的动作，
　　两个动作并行执行，假如各需要1S，那么总的时间也就是1S
　　它们的I/O操作执行完成后，发射一个事件，profile和timeline，
　　事件代理接收后继续往下执行后面的逻辑，这就是NodeJS非阻塞I/O的特点

总结一下：
　　Java、PHP也有办法实现并行请求（子线程），但NodeJS通过回调函数（Callback）和异步机制会做得很自然

三. NodeJS的优缺点

3.1 优点：

1. 高并发（最重要的优点）
2. 适合I/O密集型应用

3.2 缺点：

　1. 不适合CPU密集型应用；CPU密集型应用给Node带来的挑战主要是：由于JavaScript单线程的原因，如果有长时间运行的计算（比如大循环），将会导致CPU时间片不能释放，使得后续I/O无法发起；
　　　　解决方案：分解大型运算任务为多个小任务，使得运算能够适时释放，不阻塞I/O调用的发起；
　2. 只支持单核CPU，不能充分利用CPU
　3. 可靠性低，一旦代码某个环节崩溃，整个系统都崩溃
　　　　原因：单进程，单线程
　　　　解决方案：（1）Nnigx反向代理，负载均衡，开多个进程，绑定多个端口；
　　　　　　　　　（2）开多个进程监听同一个端口，使用cluster模块；
　4. 开源组件库质量参差不齐，更新快，向下不兼容
　5. Debug不方便，错误没有stack trace

3.3 Nodejs不适合的领域

　　每一种语言或平台都有不擅长领域，对于Nodejs来说最不擅长的领域在于CPU和内存的编程操作。

1. 计算密集型应用，让Javascript和C去拼计算性能，估计是不可能赢的。

2. 内存控制，让Javascript和Java比较复杂数据类型定义，也是很困难的。因为Javascript的面向对象是基于JSON的，而Java是直接使用内存结构。所以，通过JSON序列化和反序列的过程控制内存，Javascript就已经输了。

3. 大内存的应用，由于V8引擎有内存设计的限制，32位环境中最大堆是1G，64位环境中最大堆也不到2G，如果要一次读入10G数据，对于Nodejs来说也无法实现。

4. 静态服务器，虽然Nodejs的优势在IO密集集应用，但是和Nginx的处理静态资源还是有很大的差距。

5. 不需要异步的应用：比如系统管理，自行化脚本等，还是Python更顺手，Nodejs的异步调用可能会给编程带来一些麻烦。

3.4 适合NodeJS的场景（15个Nodejs应用场景）

3.4.1. RESTful API

这是NodeJS最理想的应用场景，可以处理数万条连接，本身没有太多的逻辑，只需要请求API，组织数据进行返回即可。
　　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。

3.4.2. 统一Web应用的UI层

目前MVC的架构，在某种意义上来说，Web开发有两个UI层，一个是在浏览器里面我们最终看到的，另一个在server端，负责生成和拼接页面。　

不讨论这种架构是好是坏，但是有另外一种实践，面向服务的架构，更好的做前后端的依赖分离。
　　如果所有的关键业务逻辑都封装成REST调用，就意味着在上层只需要考虑如何用这些REST接口构建具体的应用。
　　那些后端程序员们根本不操心具体数据是如何从一个页面传递到另一个页面的，他们也不用管用户数据更新是通过Ajax异步获取的还是通过刷新页面　

3.4.3. 大量Ajax请求的应用

例如个性化应用，每个用户看到的页面都不一样，缓存失效，需要在页面加载的时候发起Ajax请求，NodeJS能响应大量的并发请求

　NodeJS能响应大量的并发请求

3.4.4 我们已经对Nodejs有了初步的了解，接下来看看Nodejs的应用场景。

3.4.4.1 Web开发：Express + EJS + Mongoose/MySQL

　express 是轻量灵活的Nodejs Web应用框架，它可以快速地搭建网站。Express框架建立在Nodejs内置的Http模块上，并对Http模块再包装，从而实际Web请求处理的功能。

　ejs 是一个嵌入的Javascript模板引擎，通过编译生成HTML的代码。

　mongoose 是MongoDB的对象模型工具，通过Mongoose框架，可以进行访问MongoDB的操作。

　mysql 是连接MySQL数据库的通信API，可以进行访问MySQL的操作。

　通常用Nodejs做Web开发，需要3个框架配合使用，就像Java中的SSH。

　　3.4.4.2 REST开发：Restify

　　restify 是一个基于Nodejs的REST应用框架，支持服务器端和客户端。restify比起express更专注于REST服务，去掉了express中的template, render等功能，同时强化了REST协议使用，版本化支持，HTTP的异常处理。

3.4.4.3 Web聊天室(IM)：Express + Socket.io

　　socket.io一个是基于Nodejs架构体系的，支持websocket的协议用于时时通信的一个软件包。socket.io 给跨浏览器构建实时应用提供了完整的封装，socket.io完全由javascript实现。

　　3.4.4.4 Web爬虫：Cheerio/Request

　　cheerio 是一个为服务器特别定制的，快速、灵活、封装jQuery核心功能工具包。Cheerio包括了 jQuery核心的子集，从jQuery库中去除了所有DOM不一致性和浏览器不兼容的部分，揭示了它真正优雅的API。Cheerio工作在一个非常简单，一致的DOM模型之上，解析、操作、渲染都变得难以置信的高效。基础的端到端的基准测试显示Cheerio大约比JSDOM快八倍(8x)。 Cheerio封装了@FB55兼容的htmlparser，几乎能够解析任何的 HTML 和 XML document。

　　3.4.4.5 Web博客：Hexo

　Hexo 是一个简单地、轻量地、基于Node的一个静态博客框架。通过Hexo我们可以快速创建自己的博客，仅需要几条命令就可以完成。

　　发布时，Hexo可以部署在自己的Node服务器上面，也可以部署github上面。对于个人用户来说，部署在github上好处颇多，不仅可以省去服务器的成本，还可以减少各种系统运维的麻烦事(系统管理、备份、网络)。所以，基于github的个人站点，正在开始流行起来….

　　3.4.4.6 Web论坛: nodeclub

　Node Club 是用 Node.js 和 MongoDB 开发的新型社区软件，界面优雅，功能丰富，小巧迅速，已在Node.js 中文技术社区 CNode 得到应用，但你完全可以用它搭建自己的社区。

　　3.4.4.7 Web幻灯片：Cleaver

Cleaver 可以生成基于Markdown的演示文稿。如果你已经有了一个Markdown的文档，30秒就可以制作成幻灯片。Cleaver是为Hacker准备的工具。

　　3.4.4.8 前端包管理平台: bower.js

Bower 是 twitter 推出的一款包管理工具，基于nodejs的模块化思想，把功能分散到各个模块中，让模块和模块之间存在联系，通过 Bower 来管理模块间的这种联系。

　　3.4.4.9 OAuth认证：Passport

　Passport项目是一个基于Nodejs的认证中间件。Passport目的只是为了“登陆认证”，因此，代码干净，易维护，可以方便地集成到其他的应用中。Web应用一般有2种登陆认证的形式：用户名和密码认证登陆,OAuth认证登陆。Passport可以根据应用程序的特点，配置不同的认证机制。本文将介绍，用户名和密码的认证登陆。

　　3.4.4.10 定时任务工具: later

　　Later 是一个基于Nodejs的工具库，用最简单的方式执行定时任务。Later可以运行在Node和浏览器中。

　　3.4.4.11 浏览器环境工具: browserify

　Browserify 的出现可以让Nodejs模块跑在浏览器中，用require()的语法格式来组织前端的代码，加载npm的模块。在浏览器中，调用browserify编译后的代码，同样写在<script>标签中。

　　用 Browserify 的操作，分为3个步骤。1. 写node程序或者模块, 2. 用Browserify 预编译成 bundle.js, 3. 在HTML页面中加载bundle.js。

　　3.4.4.12 命令行编程工具：Commander

　　commander 是一个轻巧的nodejs模块，提供了用户命令行输入和参数解析强大功能。commander源自一个同名的Ruby项目。commander的特性：自记录代码,自动生成帮助,合并短参数（“ABC”==“-A-B-C”）,默认选项,强制选项,命令解析,提示符。

3.4.4.13 Web控制台工具: tty.js

　tty.js 是一个支持在浏览器中运行的命令行窗口，基于node.js平台，依赖socket.io库，通过websocket与Linux系统通信。特性：支持多 tab窗口模型; 支持vim,mc,irssi,vifm语法; 支持xterm鼠标事件; 支持265色显示; 支持session。

　　3.4.4.14 客户端应用工具: node-webwit

　Node-Webkit 是NodeJS与WebKit技术的融合，提供一个跨Windows、Linux平台的客户端应用开发的底层框架，利用流行的Web技术（Node.JS，JavaScript，HTML5）来编写应用程序的平台。应用程序开发人员可以轻松的利用Web技术来实现各种应用程序。Node- Webkit性能和特色已经让它成为当今世界领先的Web技术应用程序平台。