深入淺出Node.js（一）：什么是Node.js

king9413 2012-11-20

展開全文

【編者按】：Node.js從2009年誕生至今，已經發(fā)展了兩年有余，其成長的速度有目共睹。從在github的訪問量超過Rails，到去年底Node.jsS創(chuàng)始人Ryan Dalh加盟Joyent獲得企業(yè)資助，再到今年發(fā)布Windows移植版本，Node.js的前景獲得了技術社區(qū)的肯定。InfoQ一直在關注Node.js的發(fā)展，在今年的兩次Qcon大會（北京站和杭州站）都有專門的講座。為了更好地促進Node.js在國內的技術推廣，我們決定開設“深入淺出Node.js”專欄，邀請來自Node.js領域的布道師、開發(fā)人員、技術專家來講述Node.js的各方面內容，讓讀者對Node.js有更深入的了解，并且能夠積極投入到新技術的討論和實踐中。

專欄的第一篇文章《什么是Node.js》嘗試從各個角度來闡述Node.js的基本概念、發(fā)展歷史、優(yōu)勢等，對該領域不熟悉的開發(fā)人員可以通過本文了解Node.js的一些基礎知識。

從名字說起

有關Node.js的技術報道越來越多，Node.js的寫法也是五花八門，有寫成NodeJS的，有寫成Nodejs的，到底哪一種寫法最標準呢，我們不妨遵循官方的說法。在Node.js的官方網站上，一直將其項目稱之為”Node“或者”Node.js“，沒有發(fā)現其他的說法，”Node“用的最多，考慮到Node這個單詞的意思和用途太廣泛，容易讓開發(fā)人員誤解，我們采用了第二種稱呼——”Node.js“，js的后綴點出了Node項目的本意，其他的名稱五花八門，沒有確切的出處，我們不推薦使用。

Node.js不是JS應用、而是JS運行平臺

看到Node.js這個名字，初學者可能會誤以為這是一個Javascript應用，事實上，Node.js采用C++語言編寫而成，是一個Javascript的運行環(huán)境。為什么采用C++語言呢？據Node.js創(chuàng)始人Ryan Dahl回憶，他最初希望采用Ruby來寫Node.js，但是后來發(fā)現Ruby虛擬機的性能不能滿足他的要求，后來他嘗試采用V8引擎，所以選擇了C++語言。既然不是Javascript應用，為何叫.js呢？因為Node.js是一個Javascript的運行環(huán)境。提到Javascript，大家首先想到的是日常使用的瀏覽器，現代瀏覽器包含了各種組件，包括渲染引擎、Javascript引擎等，其中Javascript引擎負責解釋執(zhí)行網頁中的Javascript代碼。作為Web前端最重要的語言之一，Javascript一直是前端工程師的專利。不過，Node.js是一個后端的Javascript運行環(huán)境（支持的系統(tǒng)包括*nux、Windows），這意味著你可以編寫系統(tǒng)級或者服務器端的Javascript代碼，交給Node.js來解釋執(zhí)行，簡單的命令類似于：

#node helloworld.js

Node.js采用了Google Chrome瀏覽器的V8引擎，性能很好，同時還提供了很多系統(tǒng)級的API，如文件操作、網絡編程等。瀏覽器端的Javascript代碼在運行時會受到各種安全性的限制，對客戶系統(tǒng)的操作有限。相比之下，Node.js則是一個全面的后臺運行時，為Javascript提供了其他語言能夠實現的許多功能。

Node.js采用事件驅動、異步編程，為網絡服務而設計

事件驅動這個詞并不陌生，在某些傳統(tǒng)語言的網絡編程中，我們會用到回調函數，比如當socket資源達到某種狀態(tài)時，注冊的回調函數就會執(zhí)行。Node.js的設計思想中以事件驅動為核心，它提供的絕大多數API都是基于事件的、異步的風格。以Net模塊為例，其中的net.Socket對象就有以下事件：connect、data、end、timeout、drain、error、close等，使用Node.js的開發(fā)人員需要根據自己的業(yè)務邏輯注冊相應的回調函數。這些回調函數都是異步執(zhí)行的，這意味著雖然在代碼結構中，這些函數看似是依次注冊的，但是它們并不依賴于自身出現的順序，而是等待相應的事件觸發(fā)。事件驅動、異步編程的設計（感興趣的讀者可以查閱筆者的另一篇文章《Node .js的異步編程風格》），重要的優(yōu)勢在于，充分利用了系統(tǒng)資源，執(zhí)行代碼無須阻塞等待某種操作完成，有限的資源可以用于其他的任務。此類設計非常適合于后端的網絡服務編程，Node.js的目標也在于此。在服務器開發(fā)中，并發(fā)的請求處理是個大問題，阻塞式的函數會導致資源浪費和時間延遲。通過事件注冊、異步函數，開發(fā)人員可以提高資源的利用率，性能也會改善。

從Node.js提供的支持模塊中，我們可以看到包括文件操作在內的許多函數都是異步執(zhí)行的，這和傳統(tǒng)語言存在區(qū)別，而且為了方便服務器開發(fā)，Node.js的網絡模塊特別多，包括HTTP、DNS、NET、UDP、HTTPS、TLS等，開發(fā)人員可以在此基礎上快速構建Web服務器。以簡單的helloworld.js為例：

var http = require('http');
http.createServer(function (req, res) {
    res.writeHead(200, {'Content-Type': 'text/plain'});
    res.end('Hello World\n');
}).listen(80, "127.0.0.1");

上面的代碼搭建了一個簡單的http服務器（運行示例部署在http ://helloworld .cnodejs .net /中，讀者可以訪問），在本地監(jiān)聽80端口，對于任意的http請求，服務器都返回一個頭部狀態(tài)碼為200、Content-Type'值為text/plain'的”Hello World“文字響應。從這個小例子中，我們可以看出幾點：

Node.js的網絡編程比較便利，提供的模塊（在這里是http）開放了容易上手的API接口，短短幾行代碼就可以構建服務器。
體現了事件驅動、異步編程，在createServer函數的參數中指定了一個回調函數（采用Javascript的匿名函數實現），當有http請求發(fā)送過來時，Node.js就會調用該回調函數來處理請求并響應。當然，這個例子相對簡單，沒有太多的事件注冊，在以后的文章中讀者會看到更多的實際例子。

Node.js的特點

下面我們來說說Node.js的特點。事件驅動、異步編程的特點剛才已經詳細說過了，這里不再重復。

Node.js的性能不錯。按照創(chuàng)始人Ryan Dahl的說法，性能是Node.js考慮的重要因素，選擇C++和V8而不是Ruby或者其他的虛擬機也是基于性能的目的。Node.js在設計上也是比較大膽，它以單進程、單線程模式運行（很吃驚，對吧？這和Javascript的運行方式一致），事件驅動機制是Node.js通過內部單線程高效率地維護事件循環(huán)隊列來實現的，沒有多線程的資源占用和上下文切換，這意味著面對大規(guī)模的http請求，Node.js憑借事件驅動搞定一切，習慣了傳統(tǒng)語言的網絡服務開發(fā)人員可能對多線程并發(fā)和協(xié)作非常熟悉，但是面對Node.js，我們需要接受和理解它的特點。由此我們是否可以推測出這樣的設計會導致負載的壓力集中在CPU（事件循環(huán)處理？）而不是內存（還記得Java虛擬機拋出OutOfMemory異常的日子嗎？），眼見為實，不如來看看淘寶共享數據平臺團隊對Node.js的性能測試：

物理機配置：RHEL 5.2、CPU 2.2GHz、內存4G
Node.js應用場景：MemCache代理，每次取100字節(jié)數據
連接池大?。?0
并發(fā)用戶數：100
測試結果（socket模式）：內存（30M）、QPS（16700）、CPU（95%）

從上面的結果，我們可以看到在這樣的測試場景下，qps能夠達到16700次，內存僅占用30M（其中V8堆占用22M），CPU則達到95%，可能成為瓶頸。此外，還有不少實踐者對Node.js做了性能分析，總的來說，它的性能讓人信服，也是受歡迎的重要原因。既然Node.js采用單進程、單線程模式，那么在如今多核硬件流行的環(huán)境中，單核性能出色的Node.js如何利用多核CPU呢？創(chuàng)始人Ryan Dahl建議，運行多個Node.js進程，利用某些通信機制來協(xié)調各項任務。目前，已經有不少第三方的Node.js多進程支持模塊發(fā)布，專欄后面的文章會詳細講述Node.js在多核CPU下的編程。

Node.js的另一個特點是它支持的編程語言是Javascript。關于動態(tài)語言和靜態(tài)語言的優(yōu)缺點比較在這里不再展開討論。只說三點：

Javascript作為前端工程師的主力語言，在技術社區(qū)中有相當的號召力。而且，隨著Web技術的不斷發(fā)展，特別是前端的重要性增加，不少前端工程師開始試水”后臺應用“，在許多采用Node.js的企業(yè)中，工程師都表示因為習慣了Javascript，所以選擇Node.js。
Javascript的匿名函數和閉包特性非常適合事件驅動、異步編程，從helloworld例子中我們可以看到回調函數采用了匿名函數的形式來實現，很方便。閉包的作用則更大，看下面的代碼示例：
```
var hostRequest = http.request(requestOptions,function(response) {
    var responseHTML ='';
    response.on('data', function (chunk) {
        responseHTML = responseHTML + chunk;
    });
    response.on('end',function(){
        console.log(responseHTML);
        // do something useful
   });
});
```
在上面的代碼中，我們需要在end事件中處理responseHTML變量，由于Javascript的閉包特性，我們可以在兩個回調函數之外定義responseHTML變量，然后在data事件對應的回調函數中不斷修改其值，并最終在end事件中訪問處理。
Javascript在動態(tài)語言中性能較好，有開發(fā)人員對Javacript、Python、Ruby等動態(tài)語言做了性能分析，發(fā)現Javascript的性能要好于其他語言，再加上V8引擎也是同類的佼佼者，所以Node.js的性能也受益其中。

Node.js發(fā)展簡史

2009年2月，Ryan Dahl在博客上宣布準備基于V8創(chuàng)建一個輕量級的Web服務器并提供一套庫。

2009年5月，Ryan Dahl在GitHub上發(fā)布了最初版本的部分Node.js包，隨后幾個月里，有人開始使用Node.js開發(fā)應用。

2009年11月和2010年4月，兩屆JSConf大會都安排了Node.js的講座。

2010年年底，Node.js獲得云計算服務商Joyent資助，創(chuàng)始人Ryan Dahl加入Joyent全職負責Node.js的發(fā)展。

2011年7月，Node.js在微軟的支持下發(fā)布Windows版本。

Node.js應用案例

雖然Node.js誕生剛剛兩年多，但是其發(fā)展勢頭逐漸趕超Ruby/Rails，我們在這里列舉了部分企業(yè)應用Node.js的案例，聽聽來自客戶的聲音。

在社交網站LinkedIn最新發(fā)布的移動應用中，NodeJS是該移動應用的后臺基礎。LinkedIn移動開發(fā)主管Kiran Prasad對媒體表示，其整個移動軟件平臺都由NodeJS構建而成：

LinkedIn內部使用了大量的技術，但是在移動服務器這一塊，我們完全基于Node。

（使用它的原因）第一，是因為其靈活性。第二，如果你了解Node，就會發(fā)現它最擅長的事情是與其他服務通信。移動應用必須與我們的平臺API和數據庫交互。我們沒有做太多數據分析。相比之前采用的Ruby on Rails技術，開發(fā)團隊發(fā)現Node在性能方面提高很多。他們在每臺物理機上跑了15個虛擬服務器（15個實例），其中4個實例即可處理雙倍流量。容量評估基于負載測試的結果。

企業(yè)社會化服務網站Yammer則利用Node創(chuàng)建了針對其自身平臺的跨域代理服務器，第三方的開發(fā)人員可以通過該服務器實現從自身域托管的Javascript代碼與Yammer平臺API的AJAX通信。Yammer平臺技術主管Jim Patterson對Node的優(yōu)點和缺點提出了自己的看法：

（優(yōu)點）因為Node是基于事件驅動和無阻塞的，所以非常適合處理并發(fā)請求，因此構建在Node上的代理服務器相比其他技術實現（如Ruby）的服務器表現要好得多。此外，與Node代理服務器交互的客戶端代碼是由javascript語言編寫的，因此客戶端和服務器端都用同一種語言編寫，這是非常美妙的事情。

（缺點）Node是一個相對新的開源項目，所以不太穩(wěn)定，它總是一直在變，而且缺少足夠多的第三方庫支持。看起來，就像是Ruby/Rails當年的樣子。

知名項目托管網站GitHub也嘗試了Node應用。該Node應用稱為NodeLoad，是一個存檔下載服務器（每當你下載某個存儲分支的tarball或者zip文件時就會用到它）。GitHub之前的存檔下載服務器采用Ruby編寫。在舊系統(tǒng)中，下載存檔的請求會創(chuàng)建一個Resque任務。該任務實際上在存檔服務器上運行一個git archive命令，從某個文件服務器中取出數據。然后，初始的請求分配給你一個小型Ruby Sinatra應用等待該任務。它其實只是在檢查memcache flag是否存在，然后再重定向到最終的下載地址上。舊系統(tǒng)運行大約3個Sinatra實例和3個Resque worker。GitHub的開發(fā)人員覺得這是Node應用的好機會。Node基于事件驅動，相比Ruby的阻塞模型，Node能夠更好地處理git存檔。在編寫新下載服務器過程中，開發(fā)人員覺得Node非常適合該功能，此外，他們還里利用了Node庫socket.io來監(jiān)控下載狀態(tài)。

不僅在國外，Node的優(yōu)點也同樣吸引了國內開發(fā)人員的注意，淘寶就實際應用了Node技術：

MyFOX 是一個數據處理中間件，負責從一個MySQL集群中提取數據、計算并輸出統(tǒng)計結果。用戶提交一段SQL語句，MyFOX根據該SQL命令的語義，生成各個數據庫分片所需要執(zhí)行的查詢語句，并發(fā)送至各個分片，再將結果進行匯總和計算。 MyFOX的特點是CPU密集，無文件IO，并只處理只讀數據。起初MyFOX使用PHP編寫，但遇到許多問題。例如PHP是單線程的，MySQL又需要阻塞查詢，因此很難并發(fā)請求數據，后來的解決方案是使用nginx和dirzzle，并基于HTTP協(xié)議實現接口，并通過curl_multi_get命令進行請求。不過MyFOX項目組最終還是決定使用Node.js來實現MyFOX。

選擇Node.js有許多方面的原因，比如考慮了興趣及社區(qū)發(fā)展，同時也希望可以提高并發(fā)能力，榨干CPU。例如，頻繁地打開和關閉連接會讓大量端口處于等待狀態(tài)，當并發(fā)數量上去之后，時常會因為端口不夠用（處于TIME_WAIT狀態(tài)）而導致連接失敗。之前往往是通過修改系統(tǒng)設置來減少等待時間以繞開這個錯誤，然而使用連接池便可以很好地解決這個問題。此外，以前MyFOX會在某些緩存失效的情況下出現十分密集的訪問壓力，使用 Node.js便可以共享查詢狀態(tài)，讓某些請求“等待片刻”，以便系統(tǒng)重新填充緩存內容。