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Node.js：Node基础

一、Node能够解决什么问题?

  1. Node的首要目标是提供一种简单的，用于创建高性能服务器的开发工具
  2. 对比Java和Php的实现方式，Web服务器的瓶颈在于并发的用户量

  3. Node在处理高并发，I/O密集场景有明显的性能优势

    ① 高并发，是指在同一时间并发访问服务器

    ② I/O密集指的是文件操作、网络操作、数据库

    ③ 与I/O密集相对的是CPU密集，CPU密集指的是逻辑处理运算、压缩、解压、加密、解密

  4. Web主要场景就是接收客户端的请求，读取静态资源和渲染界面，所以Node非常适合Web应用的开发

二、Node.js前言

Node.js之父

Ryan Dahl(瑞安·达尔)

Node.js：Node基础

数学系博士, 中途退学, 选择了诗和远方

为了生活, 学习了Ruby On Rails接Web项目, 经过两年成了Web服务器专家

第一个阶段: 接项目做网站

第二个阶段: 帮助客户解决性能问题

工作少了, 活更高端, 钱赚的更多了

2009年推出Node.js, 2012年退出Node.js, 转战Go等其它语言

1）Node适合小型,实时事务型服务器网站

2）GO更适合构建大型服务器网站

3）不要说某种语言好或者不好, 都有各自的应用场景, 只有合适不合适

Node出现的背景

为了解决Web服务器的高并发性能问题

  1. 什么性能问题?
    Node.js：Node基础

    1）缩短发送到响应的时长

    ① 发送请求快一点：不能控制(客户端网速决定)

    ② 响应快一点：可以控制(服务器带宽提高, CDN加速…)

    ③ 服务器处理请求任务快一点：可以控制(优秀的程序员)

    ④ 服务器从磁盘读取/写入数据到数据库快一点，所有项目后期都会遇到的瓶颈：不能控制(磁盘的读取速度有上限)

    分布式、矩阵式、刀片式....

    2）传统服务器的运作流程

    多线程，发送一个请求就开启一条线程。举例: 饭店服务员。

    需要大量的资源支持

  2. Ryan Dahl(瑞安·达尔)尝试过用Ruby, c, Lua去解决, 但都因为语言自身的各种限制而一一失败，江山易改，本性难移，语言历史包袱太重, 船大难掉头，各种语言的思想都根深蒂固, 生态没法轻易改变。
  3. V8引擎的出现，渐渐摸索到解决问题的钥匙。

    事件驱动、异步I/O

V8引擎的出现

什么是V8引擎?

一款专门对JavaScript语言进行解释和执行的流程虚拟机

比如把V8引擎嵌入到浏览器中，那么我们写的JavaScript代码就会被浏览器所执行；那么如果把V8引擎嵌入到NodeJS环境下，那么我们写的JavaScript代码就会被服务器所执行

V8引擎嵌入到不同的宿主环境中时，可以把JavaScript语言应用到不同的多领域中

起初的作用?

用于Chrome浏览器解析js脚本

比如: 发送HTTP请求给服务器, 响应服务器端返回的HTTP请求

V8引擎的优势?

  1. 强大的编译和快速的执行效率，运用了大量的算法和奇技淫巧
  2. 性能非常好, 它的执行效率远超Python, Ruby等其它脚本语言
  3. 历史包袱轻, 没有同步I/O
  4. 强大的事件驱动机制

Node的诞生

Ryan Dahl(瑞安·达尔)修改V8引擎的内核, 把它用在了服务器开发, 经过修改后的这样一套东西就被称为Node.js

三、Node.js简介

什么是Node.js

Node.js是一个基于 Chrome V8 引擎的JavaScript运行环境(runtime)

  1. Node不是一门语言，而是一个开发工具，让JS运行在后端
  2. Node不包含JavaScript全集，在服务器端没有DOM和BOM
  3. Node也提供了一系列新的模块，例如：http，fs模块等
  4. Node之前, js代码只能运行在客户端, 最多只能在浏览器内翻江倒海
  5. Node之后, js代码可以和操作系统(Mac OS, windows, Linux…)交互, 战场从浏览器延伸到了服务器

  6. 版本变化

    ① 一开始叫Web.js, 目的就是用于写高性能Web服务器的

    ② 越写越大, 形成生态(服务器开发, 各种框架的依赖…), 改名为Node.js

    Node: 节点, Node的开源团队希望它像节点一样可以不断扩展, 壮大

    Node.js：Node基础

    Joyent收购Node, 把它变成公司旗下的一产品, 但程序员都有一颗开源的心(共产主义, 希望Node不属于某个人,某个公司), 退出, 搞了个io.js , 分久必合合久必分

    原来是0.几, 突然来了个4.0, 不要感觉奇怪!

    Node 奇数是开发版, 偶数是稳定版

功能类似的其他后端语言

PHP、JSP、Python、Ruby

：和系统进行交互

和其它后端语言的区别

  1. Node.js不是一种独立的语言

    ① PHP, JSP,… 既是语言, 也是平台

    ② Node.js用JavaScript进行编程, 运行平台是包装后的js引擎(V8)

  2. 轻量级架构

    ① java,php,.net都需要运行在服务器上，apache,tomat,nginx,IIS

    ② Node.js不用架设在任何服务器软件之上

    ③ 用最小的硬件成本, 达到更高的并发, 更优的处理性能

Node.js 使用了事件驱动、非阻塞式 I/O 的模型，使其轻量又高效；并且Node.js 的包管理器 npm，是全球最大的开源库生态系统

进程与线程

概念

  1. 进程是操作系统分配资源和调度任务的基本单位
  2. 线程是建立在进程上的一次程序运行单位，一个进程上可以有多个线程

浏览器是单线程还是多线程？

  1. 图示
    Node.js：Node基础

  2. 浏览器模型

    1）用户界面-包括地址栏、前进/后退按钮、书签菜单等

    2）浏览器引擎-在用户界面和呈现引擎之间传送指令(浏览器的主进程)

    3）渲染引擎，也被称为浏览器内核(浏览器渲染进程)

    4）第三方插件进程 （一个插件对应一个进程）

    5）GPU进程（GPU用于提高网页浏览的体验）

  3. 浏览器是多线程的，我们更关注的是浏览器的渲染引擎

渲染引擎

  1. 渲染引擎内部是多线程的，内部包含两个最为重要的线程ui线程和js线程
  2. ui线程和js线程是互斥的,因为JS运行结果会影响到ui线程的结果
  3. ui更新会被保存在队列中等到js线程空闲时立即被执行

JS是单线程的

  1. JS在最初设计时就设计成了单线程，因为当时是用于UI绘制，多个线程同时操作DOM会很混乱
  2. 这里所说的单线程指的是主线程是单线程的，所以在Node中主线程依旧是单线程的

  3. 其他线程

    1）浏览器事件触发线程(用来控制事件循环,存放setTimeout、浏览器事件、ajax的回调函数)

    2）定时触发器线程(setTimeout定时器所在线程)

    3）异步HTTP请求线程(ajax请求线程)

  4. 补充

    1）单线程特点是节约了内存，并且不需要再切换执行上下文

    2）而且单线程不需要管锁的问题

    例如：下课了大家都要去上厕所，厕所就一个大号，相当于所有人都要访问同一个资源，那么先进去的就要上锁

    而对于node来说，下课了就一个人去厕所，所以免除了锁的问题

查看线程

右击 任务栏 -->任务管理器 --> 进程

事件循环

图示

Node.js：Node基础

运行原理

  1. 所有同步任务都在主线程上执行，形成一个执行栈
  2. 主线程之外，还存在一个任务队列；只要异步任务有了运行结果，就在任务队列之中放置一个事件
  3. 一旦执行栈中的所有同步任务执行完毕，系统就会读取任务队列，将队列中的事件放到执行栈中依次执行
  4. 主线程从任务队列中读取事件，这个过程是循环不断的

Node运行过程

异步非阻塞

图示

Node.js：Node基础

运行过程

  1. 我们写的js代码会交给v8引擎进行处理
  2. 代码中可能会调用nodeApi，node会交给libuv库处理
  3. libuv通过阻塞i/o和多线程实现了异步io
  4. 通过事件驱动的方式，将结果放到事件队列中，最终交给我们的应用

同步与异步

同步和异步关注的是消息通知机制

  1. 同步

    同步就是发出调用后，没有得到结果之前，该调用不返回，一旦调用返回，就得到返回值了

    调用者主动等待这个调用的结果

  2. 异步

    异步则相反，调用者在发出调用后这个调用就直接返回了，所以没有返回结果

    当一个异步过程调用发出后，调用者不会立刻得到结果，而是调用发出后，被调用者通过状态、通知或回调函数处理这个调用

阻塞与非阻塞

  1. 阻塞调用

    指调用结果返回之前，当前线程会被挂起

    调用线程只有在得到结果之后才会返回

  2. 非阻塞调用

    在不能立刻得到结果之前，该调用不会阻塞当前线程

Node.js的特点

单线程????

  1. 优势：减少了内存开销(操作系统完全不再有线程创建、销毁的时间开销)

    在Java、PHP或者.net等服务器端语言中，会为每一个客户端连接创建一个新的线程。而每个线程需要耗费大约2MB内存，相当于有一个人就要分配一个线程，就要占用空间大小

    当有用户连接了，就触发一个内部事件，通过非阻塞I/O、事件驱动机制，让Node.js程序宏观上也是并行的。使用Node.js，一个8GB内存的服务器，可以同时处理超过4万用户的连接。

    张三和李四， 张三先启动服务器，张三正在做某件事， 李四的请求来了，先把张三的语法终止，把李四的请求放到一个事件栈当中，放过之后，继续做张三的事

    Node.js不为每个客户连接创建一个新的线程，而仅仅使用一个线程

  2. 劣势

    如果某一个事情，进入了，但是被I/O阻塞了，整个线程就阻塞了

    如果一个人把Node.js主线程搞崩溃，全部崩溃（但很难搞崩溃）

非阻塞I/O????

  1. 基本概念?

    ① 当在访问数据库取得数据的时候，需要一段时间。在传统的单线程处理机制中，在执行了访问数据库代码之后，整个线程都将暂停下来，等待数据库返回结果，才能执行后面的代码。也就是说，I/O阻塞了代码的执行，极大地降低了程序的执行效率

    ② 不会傻等I/O语句结束，而会执行后面的语句

    1）Node.js中采用了非阻塞型I/O机制，因此在执行了访问数据库的代码之后，将立即转而执行其后面的代码，把数据库返回结果的处理代码放在回调函数中，从而提高了程序的执行效率

    2）当某个I/O执行完毕时，将以事件的形式通知执行I/O操作的线程，线程执行这个事件的回调函数。为了处理异步I/O，线程必须有事件循环，不断的检查有没有未处理的事件，依次予以处理

    3）阻塞模式下，一个线程只能处理一项任务，要想提高吞吐量必须通过多线程。而非阻塞模式下，一个线程永远在执行运行操作，这个线程的CPU核心利用率永远是100%

    所以，这是一种特别有哲理的解决方案：与其人多，但是好多人闲着；还不如一个人玩命，往死里干活儿

  2. 非阻塞就能解决问题了么？

    比如执行着小红的业务，执行过程中，小刚的I/O回调完成了，此时怎么办？？所以要有事件驱动循环

事件驱动????

  1. 基本概念：不管是新用户的请求，还是老用户的I/O完成，都将以事件方式加入事件环，等待调度
  2. 运作流程
    Node.js：Node基础
    1. 在Node中，客户端请求建立连接，提交数据等行为，会触发相应的事件
    2. 在Node中，在一个时刻，只能执行一个事件回调函数, 但是在执行一个事件回调函数的中途，可以转而处理其他事件（比如，又有新用户连接了），然后返回继续执行原事件的回调函数，这种处理机制，称为“事件环”机制。
    3. 当某一个事件发生的时候，就去执行回调函数。执行完毕之后，再去找到事件循环当中找一个新的事件进行来

Node.js当中所有的I/O都是异步的， 都是回调函数套回调函数

四 、Node.js的应用方向

特点

善于I/O，不善于计算

  1. 因为Node.js最擅长的就是任务调度，如果你的业务有很多的CPU计算，实际上也相当于这个计算阻塞了这个单线程，就不适合Node开发
  2. 当应用程序需要处理大量并发的I/O，而在向客户端发出响应之前，应用程序内部并不需要进行非常复杂的处理的时候，Node.js非常适合。Node.js也非常适合与web socket配合，开发长连接的实时交互应用程序

天生异步

  1. callback：Node.js API与生俱来就是这样的
  2. thunk：参数的求值策略
  3. promise：最开始是Promise/A+规范，随后成为ES6标准
  4. generator：ES6种的生成器，用于计算，但tj想用做流程控制
  5. co：generator用起来非常麻烦，故而tj写了co这个generator生成器，用法更简单
  6. async函数

适用场景

  1. 网站开发（如express/koa等）
  2. im即时聊天(socket.io)
  3. api（移动端，pc，h5）
  4. HTTP Proxy（淘宝、Qunar、腾讯、百度都有）
  5. 前端构建工具(grunt/gulp/bower/webpack/fis3…)

  6. 跨平台打包工具

    PC端的electron、nw.js，比如钉钉PC客户端、微信小程序IDE、微信客户端，移动的cordova，Phonegap，一站式开发框架ionic framework

  7. 写操作系统（NodeOS）
  8. 命令行工具（比如cordova、shell.js）
  9. 反向代理（比如anyproxy，node-http-proxy）

  10. 编辑器Atom、VSCode等

    …

Node.js也不是全能的

  1. Node.js本是就是极客追求性能极致的产物，缺少了很多服务器的健壮考量, 所以Node不可能应用在银行、证券、电信等需要极高可靠性的业务中

  2. 中国的企业实战中，创业型公司（正处于A轮、B轮）非常爱使用Node做核心业务

    ■ 功夫熊的APP，后台是Node.js在伺服

    ■ 实现网，整站为Node.js搭建

    成熟大企业，基本上都是用Node实现某一方面的功能：

    ■ 知乎用了一个Node进程，跑起了“站内信”功能

    ■ 百度的很多表单，是用Node保存到数据库的

企业中使用的场景

五、 Node.js初体验

命令行窗口

简介

  1. 是在图形用户界面得到普及之前使用最为广泛的用户界面，它通常不支持鼠标，用户通过键盘输入指令，计算机接收到指令后，予以执行。也有人称之为字符用户界面（CUI）。
  2. 终端, CMD窗口, shell…

常用命令讲解

  1. dir：列出当前目录下面所有的文件

  2. cd 目录名：进入到指定的目录

    . 当前目录, … 进入上级目录

    cd . 当前目录, cd … 上级目录

  3. md 目录名：创建文件夹
  4. rd 目录名：删除文件夹

  5. cd.>文件名.后缀名：创建文件

    cd.>a.txt

  6. cls：清屏
  7. exit ：退出命令行

安装Node.js

  1. 官网下载
  2. 安装过程直接下一步
  3. 安装完成后， 会自动配置好环境变量，可以在任何一个目录当中访问node命令
  4. 在控制台通过node -v 查看node 版本

第一个程序Hello World

在指定的目录当中创建一个.js的文件，注意不能使用中文命名

运行方式

  1. 外部运行
    Node.js：Node基础

  2. WebStorm内部运行

    右击运行

    终端运行

    报错: Program path not specified

    出现这个错误是由于没有设置Node.js路径引起的

    设置对应的路径

    Node.js：Node基础
    设置完成后重启
  3. WebStorm代码提示
    Node.js：Node基础

    引入Node源代码的Lib库

    引入node_modules库

node.js v8 服务器 c
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