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关于前端:Node-Web开发Nodejs-Web-Development-5th-Edition第一章2

jiezi

为什么要应用 Node.js？

在泛滥可用的 Web 利用程序开发平台中，有许多堆栈可供选择，为什么要抉择 Node.js，Node.js 为什么可能怀才不遇？咱们将在以下几节中取得这个问题的答案。

风行

Node.js 正在迅速成为一个风行的开发平台，并被许多大小玩家采纳。其中一个玩家是 PayPal，他们正在应用 Node.js 编写的零碎取代现有的基于 Java 的零碎。其余大型 Node.js 采纳者包含沃尔玛的在线电子商务平台以及 LinkedIn 和 eBay。
无关 PayPal 的博客文章，拜访:https://www.paypal-engineerin… ypal/。
据 NodeSource 统计，Node.js 的用户正在迅速增长（无关更多信息，请拜访 https://nodesource.com/node-b…）。这种增长的证据包含减少下载 Node.js 版本的带宽，新增的与 Node.js 相干的 GitHub 我的项目等等。
开发者尽管对 JavaScript 的趣味十分浓重，但多年来 JavaScript 始终处于停滞状态，从搜寻量（GoogleInsights）及其作为编程技能的应用（Dice Skills Center）来掂量。对 Node.js 的趣味始终在快速增长，但有迹象表明正在趋于稳定。
无关这方面的更多信息，请参阅 https://itnext.io/choosing-ty… 或者 http:// bit.ly/2q5cu0w。
最好不要随大流，因为有不同的人群，每个人都宣称他们的软件平台很酷。Node.js 尽管能做一些很酷的事件，但更重要的是平台的技术劣势

无处不在的 JavaScript

在服务器和客户机上应用雷同的编程语言始终是 Web 届的一个长期幻想。这个幻想能够追溯到 Java 的晚期，浏览器中的 Java 小程序是用 Java 编写的前端服务器应用程序，JavaScript 最后被构想为和这些小程序相似的轻量级脚本语言。Java 素来没有实现过它作为客户端编程语言的宣言，甚至“Java 小程序”这个短语也正在被逐步摈弃，成为客户端应用程序模型中的含糊记忆。咱们最终以 JavaScript 作为浏览器客户端语言，而不是 Java。通常，前端 JavaScript 开发者与服务器端团队所处的语言环境不同，后者可能应用 PHP、Java、Ruby 或 Python 进行开发。
随着工夫的推移，浏览器中的 JavaScript 引擎变得异样弱小，让咱们可能编写更加简单的浏览器端应用程序。有了 Node.js，咱们终于能够通过在 Web 浏览器和服务器上应用雷同的编程语言——JavaScript 实现 Web 应用程序的开发。
前端和后端应用对立语言具备以下几个潜在益处：

  • 一个开发团队能够同时负责前端和后端开发工作。
  • 能够更容易地在服务器和客户端之间迁徙代码。
  • 服务器和客户端之间的通用数据格式（JSON）。
  • 服务器和客户端都有通用的软件工具。
  • 用于服务器和客户端的通用测试或品质报告工具。

  • 在编写 Web 应用程序时，视图模板能够在两端应用。
    JavaScript 语言十分风行，因为它在 Web 浏览器中无处不在。与其余语言相比，JavaScript 是一种古代的高级的编程语言。因为它的风行，有大量经验丰富的 JavaScript 程序员人才。

    利用谷歌对 V8 的反对

    为了使 Chrome 成为一款风行且优良的 Web 浏览器，谷歌将 V8 引擎投资打造成一款超高速的 JavaScript 引擎。因而，谷歌有微小的能源持续改良 V8。V8 尽管是 Chrome 的 JavaScript 引擎，但也能够独立运行。
    Node.js 构建在 V8 JavaScript 引擎之上，能充分利用 V8 的所有个性。因而，Node.js 可能疾速实现 JavaScript 的新个性，因为这些新个性是由 V8 实现的，Node.js 可能基于同样的起因取得同样的性能劣势。

    更精简、异步、事件驱动的模型

    据称，Node.js 体系结构构建在单个执行线程上，具备奇妙的面向事件的异步编程模型和疾速的 JavaScript 引擎，比基于线程的体系结构可能节俭大量的 CPU 资源和内存资源。其余应用线程进行并发的零碎往往具备 Node.js 所没有的内存开销和复杂性。咱们将在本章前面的局部进一步探讨这个问题。

    微服务体系架构

    微服务体系架构是软件开发中的一种新的架构概念。微服务专一于将大型 Web 应用程序拆分为能够由小型团队轻松开发的小型的、严密关注的服务。尽管它们并不齐全是一个新概念，但更多的是对旧的客户机 - 服务器计算模型的重构，微服务模式非常适合麻利项目管理技术，并为咱们提供了更精密的应用程序部署。Node.js 是实现微服务的优良平台。咱们稍后再谈。

    Node.js 在经验重大决裂和友好后变得更加弱小

    2014 年和 2015 年期间，Node.js 社区在政策、方向和管制方面面临重大一致。io.js 我的项目是一个友好的分支，由一个想要整合几个个性并扭转决策过程的团队驱动。最终的后果是 Node.js 和 IO.JS 知识库的合并，一个独立的 Node.js 基金会来运行这个我的项目，社区共同努力向前迈向独特的方向。
    愈合这一裂缝的一个具体后果是迅速采纳了新的 ECMAScript 语言个性。V8 引擎正在迅速采纳这些新性能，以推动 Web 开发的状态。反过来，Node.js 团队正以 V8 中所展现的速度采纳这些性能，这意味着 Promise 和异步函数正迅速成为 Node.js 程序员的事实。
    归根结底，Node.js 社区不仅在 io.js 决裂和起初的 ayo.js 决裂之后幸存了下来，而且社区和平台也因而变得更加弱小。
    在本节中，你理解了应用 Node.js 的几个起因。Node.js 不仅是一个受欢迎的平台，背地有弱小的社区反对，而且应用 Node.js 还有重大的技术起因。它的架构有一些要害的技术劣势，所以让咱们深入研究一下。

    Node.js 事件驱动体系架构

    Node.js 惊人的性能据说是因为它的异步事件驱动体系架枸和 V8 JavaScript 引擎的应用。这使 Node.js 可能同时解决多个工作，例如在来自多个 Web 浏览器的申请之间切换。Node.js 的原始创建者 Ryan Dahl 遵循以下要点：

  • 与依赖线程解决多个并发工作的应用程序服务器相比，单线程、事件驱动的编程模型更易于开发，复杂性和资源开销更低。
  • 通过将阻塞函数调用转换为异步代码执行，您能够配置零碎，以便在满足阻塞申请时收回事件。
  • 你能够从 Chrome 浏览器中利用 V8 JavaScript 引擎，所有工作都将用于改良 V8；因而，进入 V8 的所有性能加强都有利于 Node.js。
    在大多数应用服务器中，并发或解决多个并发申请是通过多线程体系架构实现的。在这样的零碎中，任何数据申请或任何其余阻塞函数调用都会导致以后执行线程挂起并期待后果。解决并发申请须要有多个执行线程。当一个线程挂起时，另一个线程能够执行。当应用服务器启动和进行线程来解决申请时，这会导致凌乱。每个挂起线程（通常期待输出 / 输入操作实现）都会耗费一个残缺的调用堆栈内存，从而减少开销。线程减少了应用服务器的复杂性和服务器开销。
    为了帮忙咱们了解为什么会这样，Node.js 的创建者 Ryan Dahl 提供了以下示例。在 2010 年 5 月的 Cinco de NodeJS 演示中
    （https://www.youtube.com/watch…）Dahl 问咱们执行一行代码时会产生什么状况，如：
1    query('SELECT * from db.table', function (err, result) {2    if (err) throw err; // handle errors operate on result
3    });

当然，当数据库层向数据库发送查问并期待后果或谬误时，程序会在此时暂停。这是一个阻塞函数调用的示例。依据查问的不同，此暂停可能相当长（好吧，几毫秒，这在计算机工夫中是很长的）。此暂停是谬误的，因为执行线程在期待后果达到时无奈执行任何操作。如果你的软件在运行单线程平台上，则整个服务器将被阻塞且无奈响应。如果你的利用程序运行在基于线程的服务器平台上，则须要一个线程上 下文开关来响应达到的所有其余申请。达到服务器的未完的成连贯数量越多，线程上下文切换的数量就越多。上下文切换不是收费的，因为每个线程状态须要更多的内存，CPU 在线程治理开销上将破费更多的工夫。
Node.js 最后开发的要害灵感是单线程零碎的简略性。单执行线程意味着服务器没有多线程零碎的复杂性。这个抉择意味着 Node.js 须要一个事件驱动模型来解决并发工作。代码不再期待阻塞申请的后果（例如从数据库检索数据），而是将事件分派给事件处理程序。
应用线程实现并发通常会存在很多问题，例如代价昂扬且容易出错，Java 的同步原语易出错，或者设计并发软件可能非常复杂且容易出错。复杂性来自对共享变量的拜访以及防止线程之间死锁和竞争的各种策略。Java 的同步原语就是这种策略的一个例子，显然许多程序员发现这种形式很难应用。有一种偏向是创立诸如 java.util.concurrent 之类的框架来减小线程并发的复杂性，但有些人认为，覆盖复杂性只会使问题变得更简单。
Java 程序员可能会在这一点上提出异议。兴许他们的利用程序代码是针对 Spring 这样的框架编写的，或者他们间接应用 JavaEE。在这两种状况下，他们的利用程序代码都不应用并发个性或解决线程，因而咱们方才形容的复杂性在哪里？仅仅因为复杂性暗藏在 Spring 和 JavaEE 中并不意味着没有复杂性和开销。
好的，咱们明确了：尽管多线程零碎能够做令人惊奇的事件，但它有其固有的复杂性。Node.js 解决了什么？

Node.js 解决了复杂性问题

Node.js 要求咱们以不同的形式思考并发性。从事件循环异步触发的回调是一种更简略的并发模型，更易于了解、更易于实现、更易于推理、更易于调试和保护。
Node.js 有一个执行线程，无需期待 I / O 或上下文切换。相同，有一个事件循环，在事件产生时将事件分派给处理程序函数。原本会阻止执行线程的申请会异步执行，后果或谬误会触发事件。任何阻塞或须要工夫能力实现的操作都必须应用异步模型。
原始的 Node.js 范例将调度的事件传递给匿名函数。既然 JavaScript 具备异步函数，Node.js 范式正在转
变，通过 wait 关键字解决的 Promise 来交付后果和谬误。调用异步函数时，控件会疾速传递到事件循环，而不会导致 Node.js 阻塞。事件循环持续解决各种事件，同时记录每个后果或谬误的发送地位。
通过应用异步事件驱动的 I /O，Node.js 极大地节俭了内存开销。
Ryan Dahl 在 Cinco de Node 演示文稿中提出的一个观点是不同申请的执行工夫层次结构。与硬盘上的对象或通过网络检索的对象（毫秒或秒）相比，内存中的对象访问速度更快（以纳秒为单位）。内部对象的较长拜访工夫是以无数个时钟周期来掂量的，当你的客户坐在他们的 Web 浏览器前筹备持续浏览时，如果加载页面的工夫超过两秒，那么客户就会很可能来到咱们的页面。
因而，并发申请解决意味着应用一种策略来解决须要更长时间能力响应的申请。如果指标是防止多线程零碎的复杂性，那么零碎必须像 Node.js 那样应用异步操作。
这些异步函数调用是什么样子的？

Node.js 中的异步申请

在 Node.js 中，咱们后面查看的查问代码如下所示：

query('SELECT * from db.table', function (err, result) {if (err) throw err; // handle errors operate on result
});

当后果（或谬误）可用时，提供一个被调用的函数（因而称为回调函数）。查问函数依然须要同样的工夫，但不会阻塞执行线程，而是返回事件循环，而后能够自在地解决其余申请。Node.js 最终将触发一个事件，调用此回调函数并显示后果或谬误批示。
客户端 JavaScript 中应用了相似的范例，咱们始终在编写事件处理程序函数。
JavaScript 语言的提高为咱们提供了新的抉择。使 ES2015 promise，等同代码如下：

1    query('SELECT * from db.table') .then(result => {
2    // operate on result
3    })
4    .catch(err => {
5    // handle errors
6    });    
7    // handle errors
8    }

除了 async 和 await 关键字之外，这看起来像是咱们用使其余语言编写的代码，而且更易于浏览。因为是应用 await 执行的，所以这依然是异步执行代码。
这三段代码段都执行咱们后面编写的查问。与其说查问是一个阻塞函数的调用，不如说是异步的不会阻
塞执行线程的异步代码。应用回调函数和 promise（期约）的异步编码，Node.js 有其本身的复杂性问题。通常，咱们一个接一个地调用异步函数。对于回调函数，这意味着是深度嵌套的回调函数；对于 Promise，这意味着一长串.then 处理函数。除了代码的复杂性，咱们还有谬误和后果呈现在不应该呈现的中央。异步执行的回调函数跳到下一行代码上，而是被调用。执行程序不是一行接一行，就像在同步编程语言中一样；相同，执行程序由回调函数的执行程序决定。
异步函数办法解决了这种编码复杂性。编码格调更天然，因为后果和谬误都呈现在该呈现的中央。await 关键字集成了异步后果解决，而不是阻塞执行线程。在 async/await 个性的封装下暗藏了很多细节，在本书中咱们将宽泛地介绍这个模型。
然而 Node.js 的异步体系结构真的进步性能了吗？

性能和利用率

Node.js 的一些令人兴奋之处在于它的吞吐量（能够解决的每秒申请数）。依据相似应用程序的比拟基准测试（例如，Apache）表明 Node.js 具备微小的性能晋升。
上面是一个简略的 HTTP 服务器（https://nodejs.org/en/)，间接从内存返回 Hello World 音讯：

1    var http = require('http');
2    http.createServer(function (req, res) {3    res.writeHead(200, {'Content-Type': 'text/plain'});
4    res.end('Hello World\n');
5    }).listen(8124, "127.0.0.1");
6    console.log('Server running at http://127.0.0.1:8124/');

这是一个应用 Node.js 构建的更简略的 Web 服务器。http 对象封装了 http 协定，其 http.createServer 办法创立了一个残缺的 Web 服务器，在侦听办法中指定了侦听的端口。该 Web 服务器上的每个申请（无论是对任何 URL 的 GET 还是 POST）都会调用提供的函数。它非常简单和轻便。在这种状况下，不论 URL 是什么，它都会返回一个简略的文本 / 纯文本，即 Hello World 响应。
Ryan Dahl 在名为 Ryan Dahl:Introduction to Node.js 的视频中展现了一个简略的基准测试（在 YouTube 上的 YUI Library 频道上，https://www.youtube.com/watch? v=M-sc73Y-zQA）。它应用了与此类似的 HTTP 服务器，但返回了一个 1 兆字节的二进制缓冲区；Node.js 给出了每秒 822 个申请的问题，
而 Nginx 给出的问题为每秒 708 个申请，比 Nginx 进步了 15%。他还指出，Nginx 的峰值内存为 4 兆字节，而 Node.js 的峰值内存为 64 兆字节。
要害的察看后果是，Node.js 运行的是一种解释的、JIT 编译的高级语言，其速度大概与 Nginx 一样快，Nginx 由高度优化的 C 代码构建，同时运行相似的工作。该演示是在 2010 年 5 月，Node.js 从那以后有了很大的改良，正如咱们后面提到的 Chris Bailey 的演讲所示。
雅虎！搜寻工程师 Fabian Frank 公布了一个应用 Apache/PHP 和 Node.js 堆栈的两个变体实现的实在搜寻查问倡议小部件的性能案例钻研 (http://www.slideshare.net/Fab…
study). 该应用程序是一个弹出式面板，显示用户应用基于 JSON 的 HTTP 查问输出短语时的搜寻倡议。在雷同的申请提早下，Node.js 版本每秒能够解决 8 倍的申请数。Fabian Frank 说这两个 Node.js 堆栈都是线性扩大的，直到 CPU 使用率达到 100%。
LinkedIn 在服务器端应用 Node.js 对他们的挪动应用程序进行了大规模的批改，以取代旧的 Ruby on Rails 应用程序。这迁徙将他们的服务器从 30 向到 3 台，并且合并了前端和后端团队，因为所有内容都是用 JavaScript 编写的。在抉择 Node.js 之前，他们应用 Event Machine 评估了 Rails，应用 Twisted 评估了 Python 和和 Node.js。他们抉择 Node.js，起因正是咱们方才探讨的。要理解 LinkedIn 具体的测试过程，请拜访 http://arstechnica.com/inform… 大多数现有的 Node.js 性能提醒都是为应用了 CrankShaft 优化器的旧版 V8 编写的。V8 团队曾经齐全摈弃了 CrankShaft，并抉择了新的优化器，叫做 TurboFan 例。例如，在 CrankShaft 下，使应用 try/catch、let/const、generator 等函数的速度较慢。因而，人们普遍认为不要应用这些个性，这很令人丧气，因为咱们想要应用新的 JavaScript 个性，因为新个性对 JavaScript 语言有很大的改良。Google V8 团队的工程师 Peter Marshall 在 Node.js Interactive 2017 上发表演讲，宣称应用 TurboFan，你齐全能够编写原生的 JavaScript。应用 TurboFan 的指标是全面晋升 V8 引擎的性能。要查看演示文稿，请拜访 https:// www.youtube.com/watch?v=YqOhBezMx1o。
对于 JavaScript 的一个“真谛”是，因为 JavaScript 的性质，所以 JvaScript 不适宜沉重的计算工作。咱们将在下一节探讨与此相关的一些问题。Mikola Lysenko 在 Node.js Interactive 2016 上的演讲探讨了 JavaScript 数值计算的一些问题，以及一些可能的解决方案。一般的数值计算波及由数值算法解决的大型数值数组，这些数值算法可能是在微积分或线性代数课程中学习的。JavaScript 短少的是多维数组和对某些 CPU 指令的读取。JavaScriptt 提出的解决方案是应用 JavaScript 多维数组库，以及数值计算算法库读
取 CPU 指令。要查看演示文稿，请参阅 Mikola Lysenko 在 https 上制作的名为“JavaScript 中的数值计算”的视频：https://www.youtube.com/watch…。
在 2017 年的 Node.js 交互会议上，IBM 的 Chris Bailey 证实 Node.js 是高度可扩大微服务的最佳抉择。要害性能特色是 I / O 性能（以每秒事务数掂量）、启动工夫（因为这限度了服务扩大到满足需要的速度）和内存占用（因为这决定了每台服务器能够部署多少应用程序实例）。Node.js 在所有这些指标上都表现出色；在随后的每个版本中，它要么在每个度量上都有所改进，要么放弃相当稳固。Bailey 给出了一些数字，将 Node.js 与在 Spring Boot 中编写的相似基准进行了比拟，显示 Node.js 的性能要好得多。要查看他的演讲，请参阅名为 Node.js Performance and Highly Scalable Micro Services-Chris Bailey，IBM，https://www. youtube.com/watch?v=Fbhhc4jtGW4。
底线是 Node.js 在事件驱动的 I / O 吞吐量方面表现出色。Node.js 程序是否在计算程序方面表现出色，取决于你是否奇妙地克服 JavaScript 语言中的一些缺点。
计算式编程的一个大问题是阻止了事件循环的执行。正如咱们将在下一节中看到的那样，这可能会使 Node.js 看起来不适宜所有利用。

Node.js 是一场恶性的可伸缩性劫难吗

2011 年 10 月，一篇名为 Node.js 的博文（从公布该博文的博客中摘取）是一种称为 Node.js 的癌症——可伸缩性劫难。为证实这一点而展现的示例是斐波那契序列算法的 CPU 限度实现。尽管这个论点是有缺点的，因为没有人实现斐波那契，这就证实了 Node.js 应用程序开发者必须思考以下问题：在哪里进行沉重的计算工作？维持 Node.js 应用程序高吞吐量的要害是确保事件失去疾速解决。因为它应用单个执行线程，所以如果该线程因大量计算而梗塞，Node.js 将无奈处理事件，事件吞吐量将受到影响。
斐波那契序列作为沉重计算工作的代名词，对于这样一个大大计算量的实现，计算成本很快就会变的昂扬:

1    const fibonacci = exports.fibonacci = function(n) {2    if (n === 1 || n === 2) {
3    return 1;     
4    } else {5    return fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2);
6    } 7 }

这是一种计算斐波那契数的特地简略的办法。是的，有很多办法能够更快地计算斐波那契数列。咱们将这个计算方法作为一个通用示例来演示当事件处理程序运行迟缓时 Node.js 会呈现什么问题，而不是探讨计算数学函数的最佳办法。思考以下服务器：

1    const http = require('http');
2    const url  = require('url');
3    http.createServer(function (req, res) {4    const urlP = url.parse(req.url, true);
5    let fibo;
6    res.writeHead(200, {'Content-Type': 'text/plain'});   
7    if (urlP.query['n']) {8    fibo = fibonacci(urlP.query['n']);  // Blocking
9    res.end('Fibonacci'+ urlP.query['n'] +'='+ fibo);   } else { 
10    res.end('USAGE: http://127.0.0.1:8124?n=## where ##
11    is the Fibonacci number desired');
12    }
13    }).listen(8124, '127.0.0.1');
14    console.log('Server running at http://127.0.0.1:8124');

这是后面显示的简略 Web 服务器的扩大。Web 服务器查找申请 URL 中的参数 n，计算它的斐波那契数。计算完结后，后果将返回给调用者。
对于足够大的 n 值（例如，40），服务器将齐全无响应，因为事件循环未运行。相同，计算函数已阻止事件处理，因为当函数在进行计算时，事件循环无奈分派事件。换句话说，斐波那契函数是所有阻塞操作的替代品。
这是否意味着 Node.js 是一个有缺点的平台？不，这只是意味着程序员必须留神辨认长时间运行的计算代码并开发解决方案。包含重写处理事件循环的算法，通过重写算法提高效率，集成原生代码库，或者应用后端服务器计算须要大量计算性能的计算工作。
简略地重写通过事件循环分派的计算工作，让服务器持续处理事件循环中的申请。应用回调和闭包（匿名函数），使咱们可能保护异步 I / O 和并发 Promise，如以下代码所示：

1    const fibonacciAsync = function(n, done) {2    if (n === 0) {
3    return 0;
4    } else if (n === 1 || n === 2) {5    done(1);
6    } else if (n === 3) {
7    return 2;
8    } else {9    process.nextTick(function() {10    fibonacciAsync(n-1, function(val1) {11    process.nextTick(function() {12    fibonacciAsync(n-2, function(val2) {done(val1+val2); }); 13    });
14    });
15    });
16    }17    }

这是一种计算斐波那契数的同样愚昧的办法，然而通过应用 process.nextTick，事件循环有机会执行。因为这是一个采纳回调函数的异步函数，因而须要对服务器进行一些重构：

1    const http = require('http');
2    const url  = require('url');
3    http.createServer(function (req, res) {4    let urlP = url.parse(req.url, true);
5    res.writeHead(200, {'Content-Type': 'text/plain'});   
6    if (urlP.query['n']) {7    fibonacciAsync(urlP.query['n'], fibo => {  // Asynchronous 
8    res.end('Fibonacci'+ urlP.query['n'] +'='+ fibo);    9  });
10    } else {    
11    res.end('USAGE: http://127.0.0.1:8124?n=## where ## is the 
12    Fibonacci number desired');
13    }
14    }).listen(8124, '127.0.0.1'); 
15    console.log('Server running at http://127.0.0.1:8124');
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