Node.js 基础入门

一、Node.js 简介

Node.js 是一个基于 Chrome V8 引擎 的 JavaScript 运行时环境

安装与运行

下载

https://nodejs.org/zh-cn/download/
下载

创建项目

mkdir node
cd node
npm init -y

新建 index.js 文件

const { readFile } = require('fs')

readFile('./package.json', { encoding: 'utf-8' }, (err, data) => {
    if (err) {
        throw err;
    }
    console.log(data)
})

输入 package.json 文件

node index.js

版本管理

在同一个设备上如何快速切换Node.js 版本？

版本管理工具：

  • n: 一个npm 全局的开源包，是依赖npm 来全局安装、使用的
  • fnm: 快速简单，兼容性支持.node-version和.nvmrc文件
  • nvm: 独立的软件包，Node Version Manager

特点

特点
异步 I/O

当 Node.js 执行 I/O 操作时，会在响应返回并恢复操作，而不是阻塞线程并浪费CPU 循环等待

异步 I/O
单线程

Node.js 保持了 JavaScript 在浏览器中单线程的特点

优点：

  • 不用处处在意状态同步问题，不会发生死锁
  • 没有线程上下文切换带来的性能开销

缺点：

  • 无法利用多核 CPU
  • 错误会引起整个应用退出，健壮性不足
  • 大量计算占用导致CPU，无法继续执行

浏览器为例，浏览器是多进程，JS 引擎单线程

Browser 进程：浏览器主进程，只有一个

插件进程：插件使用时才创建

GPU 进程：最多一个用于3D 绘制

渲染进程：页面渲染、JS执行、事件处理

  • GUI 渲染线程+
  • JS 引擎线程+ V8
  • 事件触发线程
  • 定时器触发线程
  • 异步请求
跨平台

兼容Windows 和*nix 平台，主要得益于在操作系统与Node 上层模块系统之间构建了一层平台架构

跨平台

应用场景

Node.js 在大部分领域都占有一席之地，尤其是I/O密集型的

  • Web 应用：Express / Koa
  • 前端构建: WebpackGUI
  • 客户端软件: VSCode / 网易云音乐
  • 其它：实时通讯、爬虫、CLI 等

二、模块化机制

  1. 何为模块化？
    根据功能或业务将一个大程序拆分成互相依赖的小文件，再用简单的方式拼装起来
  2. 为什么模块化？
    无模块化问题所有script 标签必须保证顺序正确，否则会依赖报错
    全局变量存在命名冲突，占用内存无法被回收
    IIFE/namespace 会导致代码可读性低等诸多问题

CommonJS规范

Node.js 支持 CommonJS 模块规范，采用同步机制加载模块

// greeting.js
const prefix = 'hello';
const sayHi = function () {
    return prefix + 'world';
}
module.exports = {
    sayHi
}

// index.js
const { sayHi } = require('./greeting');
sayHi();

exports = module.exports = { }

// greeting.js
const prefix = 'hello';
const sayHi = function () {
    return `${prefix}  world`;
}
exports.sayHi = sayHi;

// index.js
const { sayHi } = require('./greeting');
sayHi();

CommonJS 中 exports、require、module、__filename、__dirname 变量

function (exports, require, module, __filename, __dirname) {
    const m = 1;
    module.exports.m = m;
}

加载方式：

  1. 加载内置模块require('fs')
  2. 加载相对 | | 绝对路径的文件模块
    require('/User/.../file.js')
    require('./file.js')
  3. 加载 npm 包 require('lodash')

npm 包查找原则：

require('lodash')

  1. 当前目录node_modules
  2. 如果没有，父级目录的node_modules
  3. 如果没有，沿着路径向上递归，直到根目录下node_modules
  4. 找到之后会加载package.json main 指向的文件，如果没有package.json 则依次查找index.js、index.json、index.node

require.cache

require.cache 中缓存着加载过的模块，缓存的原因：同步加载

  1. 文件模块查找耗时，如果每次require 都需要重新遍历查找，性能会比较差；
  2. 在实际开发中，模块可能包含副作用代码
// 有缓存
const mod1 = require('./foo');
const mod2 = require('./foo');
console.log(mod1 === mod2);     // true

//无缓存
function requireUncached(module) {
    delete require.cache[require.resolve(module)];
    return require(module);
}
const mod3 = requireUncached('./foo');
console.log(mod1 === mod3);     // false

其他模块化规范

  • AMD 是 RequireJS 在推广过程中规范化产出，异步加载，推崇依赖前置
  • CMD 是 SeaJS 在推广过程中规范化产出，异步加载，推崇就近依赖
  • UMD (Universal Module Definition) 规范，兼容 AMD 和 CommonJS 模式
  • ES Modules (ESM)，语言层面的模块化规范，与环境无关，可借助 babel 编译

常用模块介绍

文件

var fs = require("fs") // 引入 fs 模块
fs.readFile(filename, [options], callback); //读取文件
fs.writeFile(filename, data, [options], callback); // 写文件
fs.appendFile(filename, data, [options], callback); //以追加的方式写文件
fs.open(filename, flags, [mode], callback); //打开文件
fs.mkdir(path, [mode], callback); //创建目录:
fs.readdir(path, callback); //读取目录
fs.exists(path, callback); //查看文件与目录是否存在

Path 模块

var path = require("path") // 引入 path 模块
path.basename(path[, ext]); //返回path的最后-部分
path.dirname(path); // 返回path的目录名
path.normalize(path);//路径解析,得到规范路径
path.isAbsolute(path); //判断路径是否是绝对路径
path.relative(form,to); //方法根据当前工作目录返回从from 到to的相对路径
path.resolve([...paths]); //将路径或路径片段的序列解析为绝对路径

OS 模块

var os = require("os") //引入 os 模块
os.cpus(); //返回每个逻辑cpu内核信息
os.hostname(); //返回操作系统的主机名
os.platform(); //返回标识操作系统平台的字符串
os.userInfo([options]); //返回关于当前有效用户的信息

三、包管理机制

npm介绍

NPM 是Node.js 中的包管理器，提供了安装、删除等其它命令来管理包

常用命令：

  • npm init
  • npm config
  • npm run [cmd]
  • npm install [pkg]
  • npm uninstall [pkg]
  • npm update [pkg]
  • npm info [pkg]
  • npm publish

package.json 文件

  • name 包名称
  • version 版本号
  • main 入口文件
  • scripts 执行脚本
  • dependencies 线上依赖
  • devDependencies 开发依赖
  • repository 代码托管地址

更多 package.json 配置

https://docs.npmjs.com/cli/v7/configuring-npm/package-json

依赖

  • dependencies 业务依赖，应用发布后正常执行所需要的包
  • devDependencies 开发依赖，只用于开发环境
  • peerDependencies 同等依赖，比如一个webpack 插件依赖特定版本的webpack
  • bundledDependencies 打包依赖(npm run pack)，必须已经在devDep 或者dep声明过
  • optionalDependencies 可选依赖

私有 npm

其它

  • 并行安装
  • 扁平管理
  • 锁文件(lockfile)
  • 缓存优化
  • ...
  • npm7 | yarn => lock/扁平/缓存...
  • pnpm => monorepo/硬、符号链接/安全性高...

四、异步编程

Callback

目的：读取 package.json 中main 字段对应的文件内容
问题：如何解决回调地狱？

const fs = require('fs')

fs.readFile('./package.json', { encoding: 'utf-8' }, (err, data) => {
    if (err) throw err;
    const { main } = JSON.parse(data);
    fs.readFile(main, { encoding: 'utf-8' }, (err, data) => {
        if (err) throw err;
        console.log(data)
    })
})

Promise

Promise 是一个具有四个状态的有限状态机，其中三个核心状态为 Pending（挂起），Fulfilled（完成）、Rejected（拒绝），以及还有一个未开始状态。

异步

使用 Promise , 实现读取 package.json 中 main 字段对应的文件内容

const { readFile } = require('fs/promises')

readFile('./package.json', { encoding: 'utf-8' }).then(res => {
    return JSON.parse(res);
}).then(data => {
    return readFile(data.main, { encoding: 'utf-8' });
}).then(res => {
    console.log(res);
})

如何将 Callback 转为 Promise 形式？ugl.promisify

function promisify(fn, receiver) {
    return (...args) => {
        return new Promise((resolve, reject) => {
            fn.apply(receiver, [...args, (err, res) => {
                return err ? reject(err) : resolve(res);
            }]);
        });
    };
}
const readFilePromise = promisify(fs.readFile, fs);

await

await 函数使用 try catch 捕获异常（注意并行处理）

const { readFile } = require('fs/promises')

async () => {
    const { main } = JSON.parse(await readFile('./package.json', { encoding: 'utf-8' }));
    const data = await readFile(main, { encoding: 'utf-8' });
    console.log(data);
}

Event

发布订阅模式，Node.js 内置events 模块

比如 HTTP server on('request') 事件监听

//发布订阅模式
const EventEmitter = require('events');

class MyEmitter extends EventEmitter { }
const myEmitter = new MyEmitter();
myEmitter.on('event', () => {
    console.log('an event occurred!');
});
myEmitter.emit('event');

// server 监听request 事件
const http = require('http');
const server = http.createServer((req, res) => {
    res.end('hello')
});
server.on('request', (req, res) => {
    console.log(req.url);
});
server.listen(3000);

五、Web 应用开发

HTTP 模块

搭建一个最简单的HTTP 服务？Node.js 内置HTTP 模块

const http = require('http');

http.createServer((req, res) => {
    res.end('hello World\n');
}).listen(3000, () => {
    console.log('App running at http://127.0.0.1:3000/')
})

Koa 介绍

Koa —— 基于 Node.js 平台的下一代Web 开发框架 Koa 它仅仅提供了一个轻量优雅的函数库，使得编写Web 应用变得得心应手, 不在内核方法中绑定任何中间件

const Koa = require('koa');
const app = new Koa();

app.use(async ctx => {
    ctx.body = 'Hello World';
});

app.listen(3000, () => {
    console.log('App running at http://127.0.0.1:3000/')
});

执行过程

  • 服务启动
    • 实例化 application
    • 注册中间件
    • 创建服务、监听端口
  • 接受/处理请求
    • 获取请求req、res 对象
    • req -> request、res -> response 封装
    • request & response -> context
    • 执行中间件
    • 输出设置到ctx.body 上的内容

Koa 中间件

Koa 应用程序是一个包含一组中间件函数的对象，它是按照洋葱模型组织和执行的

Koa

常用中间件

  • koa-router：路由解析
  • koa-body: request body 解析
  • koa-logger：日志记录
  • koa-views: 模板渲染
  • koa2-cors ：跨域处理
  • koa-session：session 处理
  • koa-helmet：安全防护
  • ...

Koa 中间件繁多，质量参差不齐，需要合理选择，高效组合...

基于Koa 的前端框架

开源：ThinkJS / Egg ...

内部：Turbo、Era、Gulu ...

它们做了什么？

  • Koa 对象 response / request / context / application 等扩展
  • Koa 常用中间件库
  • 公司内部服务支持
  • 进程管理
  • 脚手架
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