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    2024 年 9 月 29 日

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    科技改变生活,创新引领未来

    Node

    Node.Js

    Node.js是一套用来编写高性能网络服务器的JavaScript工具包,一系列的变化由此开始。比较独特的是,Node.js会假设是在 POSIX 环境下运行它 LinuxMac OS X。如果是在Windows下,那就需要安装MinGW以获得一个仿POSIX的环境。在Node中,Http是首要的。Node为创建http服务器作 了优化,所以在网上看到的大部分示例和库都是集中在web上(http框架、模板库等)。

    从名字说起

    有 关Node.js的技术报道越来越多,Node.js的写法也是五花八门,有写成NodeJS的,有写成Nodejs的,到底哪一种写法最标准呢,我们不 妨遵循官方的说法。在Node.js的官方网站上,一直将其项目称之为”Node“或者”Node.js“,没有发现其他的说法,”Node“用的最多, 考虑到Node这个单词的意思和用途太广泛,容易让开发人员误解,我们采用了第二种称呼——”Node.js“,js的后缀点出了Node项目的本意,其 他的名称五花八门,没有确切的出处,我们不推荐使用。

    Node.js不是JS应用、而是JS运行平台

    看 到Node.js这个名字,初学者可能会误以为这是一个Javascript应用,事实上,Node.js采用C++语言编写而成,是一个 Javascript的运行环境。为什么采用C++语言呢?据Node.js创始人Ryan Dahl回忆,他最初希望采用Ruby来写Node.js,但是后来发现Ruby虚拟机的性能不能满足他的要求,后来他尝试采用V8引擎,所以选择了 C++语言。既然不是Javascript应用,为何叫.js呢?因为Node.js是一个Javascript的运行环境。提到Javascript, 大家首先想到的是日常使用的浏览器,现代浏览器包含了各种组件,包括渲染引擎、Javascript引擎等,其中Javascript引擎负责解释执行网 页中的Javascript代码。作为Web前端最重要的语言之一,Javascript一直是前端工程师的专利。不过,Node.js是一个后端的 Javascript运行环境(支持的系统包括*nux、Windows),这意味着你可以编写系统级或者服务器端的Javascript代码,交给 Node.js来解释执行,简单的命令类似于:

    #node helloworld.js

    Node.js 采用了Google Chrome浏览器的V8引擎,性能很好,同时还提供了很多系统级的API,如文件操作、网络编程等。浏览器端的Javascript代码在运行时会受到 各种安全性的限制,对客户系统的操作有限。相比之下,Node.js则是一个全面的后台运行时,为Javascript提供了其他语言能够实现的许多功 能。

    Node.js采用事件驱动、异步编程,为网络服务而设计

    事件驱动这个词 并不陌生,在某些传统语言的网络编程中,我们会用到回调函数,比如当socket资源达到某种状态时,注册的回调函数就会执行。Node.js的设计思想 中以事件驱动为核心,它提供的绝大多数API都是基于事件的、异步的风格。以Net模块为例,其中的net.Socket对象就有以下事 件:connect、data、end、timeout、drain、error、close等,使用Node.js的开发人员需要根据自己的业务逻辑注 册相应的回调函数。这些回调函数都是异步执行的,这意味着虽然在代码结构中,这些函数看似是依次注册的,但是它们并不依赖于自身出现的顺序,而是等待相应 的事件触发。事件驱动、异步编程的设计(感兴趣的读者可以查阅笔者的另一篇文章《Node.js的异步编程风格》),重要的优势在于,充分利用了系统资 源,执行代码无须阻塞等待某种操作完成,有限的资源可以用于其他的任务。此类设计非常适合于后端的网络服务编程,Node.js的目标也在于此。在服务器 开发中,并发的请求处理是个大问题,阻塞式的函数会导致资源浪费和时间延迟。通过事件注册、异步函数,开发人员可以提高资源的利用率,性能也会改善。

    从 Node.js提供的支持模块中,我们可以看到包括文件操作在内的许多函数都是异步执行的,这和传统语言存在区别,而且为了方便服务器开 发,Node.js的网络模块特别多,包括HTTP、DNS、NET、UDP、HTTPS、TLS等,开发人员可以在此基础上快速构建Web服务器。以简 单的helloworld.js为例:

    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 面的代码搭建了一个简单的http服务器(运行示例部署在http://helloworld.cnodejs.net/中,读者可以访问),在本地监听 80端口,对于任意的http请求,服务器都返回一个头部状态码为200、Content-Type’值为text/plain’的”Hello World“文字响应。从这个小例子中,我们可以看出几点:

    Node.js的网络编程比较便利,提供的模块(在这里是http)开放了容易上手的API接口,短短几行代码就可以构建服务器。
    体 现了事件驱动、异步编程,在createServer函数的参数中指定了一个回调函数(采用Javascript的匿名函数实现),当有http请求发送 过来时,Node.js就会调用该回调函数来处理请求并响应。当然,这个例子相对简单,没有太多的事件注册,在以后的文章中读者会看到更多的实际例子。
    Node.js的特点

    下面我们来说说Node.js的特点。事件驱动、异步编程的特点刚才已经详细说过了,这里不再重复。

    Node.js的性能不错

    按 照创始人Ryan Dahl的说法,性能是Node.js考虑的重要因素,选择C++和V8而不是Ruby或者其他的虚拟机也是基于性能的目的。Node.js在设计上也是 比较大胆,它以单进程、单线程模式运行(很吃惊,对吧?这和Javascript的运行方式一致),事件驱动机制是Node.js通过内部单线程高效率地 维护事件循环队列来实现的,没有多线程的资源占用和上下文切换,这意味着面对大规模的http请求,Node.js凭借事件驱动搞定一切,习惯了传统语言 的网络服务开发人员可能对多线程并发和协作非常熟悉,但是面对Node.js,我们需要接受和理解它的特点。由此我们是否可以推测出这样的设计会导致负载 的压力集中在CPU(事件循环处理?)而不是内存(还记得Java虚拟机抛出OutOfMemory异常的日子吗?),眼见为实,不如来看看淘宝共享数据 平台团队对Node.js的性能测试:

    物理机配置:RHEL 5.2、CPU 2.2GHz、内存4G
    Node.js应用场景:MemCache代理,每次取100字节数据
    连接池大小:50
    并发用户数:100
    测试结果(socket模式):内存(30M)、QPS(16700)、CPU(95%)
    从 上面的结果,我们可以看到在这样的测试场景下,qps能够达到16700次,内存仅占用30M(其中V8堆占用22M),CPU则达到95%,可能成为瓶 颈。此外,还有不少实践者对Node.js做了性能分析,总的来说,它的性能让人信服,也是受欢迎的重要原因。既然Node.js采用单进程、单线程模 式,那么在如今多核硬件流行的环境中,单核性能出色的Node.js如何利用多核CPU呢?创始人Ryan Dahl建议,运行多个Node.js进程,利用某些通信机制来协调各项任务。目前,已经有不少第三方的Node.js多进程支持模块发布,专栏后面的文 章会详细讲述Node.js在多核CPU下的编程。

    Node.js的另一个特点是它支持的编程语言是Javascript。关于动态语言和静态语言的优缺点比较在这里不再展开讨论。只说三点:

    Javascript 作为前端工程师的主力语言,在技术社区中有相当的号召力。而且,随着Web技术的不断发展,特别是前端的重要性增加,不少前端工程师开始试水”后台应用 “,在许多采用Node.js的企业中,工程师都表示因为习惯了Javascript,所以选择Node.js。
    Javascript的匿名函数和闭包特性非常适合事件驱动、异步编程,从helloworld例子中我们可以看到回调函数采用了匿名函数的形式来实现,很方便。闭包的作用则更大,看下面的代码示例:

    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
    });
    });

    在上面的代码中,我们需要在end事件中处理responseHTML变量,由于Javascript的闭包特性,我们可以在两个回调函数之外定义responseHTML变量,然后在data事件对应的回调函数中不断修改其值,并最终在end事件中访问处理。

    Javascript在动态语言中性能较好,有开发人员对Javacript、Python、Ruby等动态语言做了性能分析,发现Javascript的性能要好于其他语言,再加上V8引擎也是同类的佼佼者,所以Node.js的性能也受益其中。

    Node.js发展简史

    2009年2月,Ryan Dahl在博客上宣布准备基于V8创建一个轻量级的Web服务器并提供一套库。

    2009年5月,Ryan Dahl在GitHub上发布了最初版本的部分Node.js包,随后几个月里,有人开始使用Node.js开发应用。

    2009年11月和2010年4月,两届JSConf大会都安排了Node.js的讲座。

    2010年年底,Node.js获得云计算服务商Joyent资助,创始人Ryan Dahl加入Joyent全职负责Node.js的发展。

    2011年7月,Node.js在微软的支持下发布Windows版本。

    Node.js应用案例

    虽然Node.js诞生刚刚两年多,但是其发展势头逐渐赶超Ruby/Rails,我们在这里列举了部分企业应用Node.js的案例,听听来自客户的声音。

    在社交网站LinkedIn最新发布的移动应用中,NodeJS是该移动应用的后台基础。LinkedIn移动开发主管Kiran Prasad对媒体表示,其整个移动软件平台都由NodeJS构建而成:

    LinkedIn内部使用了大量的技术,但是在移动服务器这一块,我们完全基于Node。

    (使 用它的原因)第一,是因为其灵活性。第二,如果你了解Node,就会发现它最擅长的事情是与其他服务通信。移动应用必须与我们的平台API和数据库交互。 我们没有做太多数据分析。相比之前采用的Ruby on Rails技术,开发团队发现Node在性能方面提高很多。他们在每台物理机上跑了15个虚拟服务器(15个实例),其中4个实例即可处理双倍流量。容量 评估基于负载测试的结果。
    企业社会化服务网站Yammer则利用Node创建了针对其自身平台的跨域代理服务器,第三方的开发人员可以通过该服务 器实现从自身域托管的Javascript代码与Yammer平台API的AJAX通信。Yammer平台技术主管Jim Patterson对Node的优点和缺点提出了自己的看法:

    (优点)因为Node是基于事件驱动和无阻塞的,所以非常适合处理并发请 求,因此构建在Node上的代理服务器相比其他技术实现(如Ruby)的服务器表现要好得多。此外,与Node代理服务器交互的客户端代码是由 javascript语言编写的,因此客户端和服务器端都用同一种语言编写,这是非常美妙的事情。

    (缺点)Node是一个相对新的开源项目,所以不太稳定,它总是一直在变,而且缺少足够多的第三方库支持。看起来,就像是Ruby/Rails当年的样子。
    知 名项目托管网站GitHub也尝试了Node应用。该Node应用称为NodeLoad,是一个存档下载服务器(每当你下载某个存储分支的tarball 或者zip文件时就会用到它)。GitHub之前的存档下载服务器采用Ruby编写。在旧系统中,下载存档的请求会创建一个Resque任务。该任务实际 上在存档服务器上运行一个git archive命令,从某个文件服务器中取出数据。然后,初始的请求分配给你一个小型Ruby Sinatra应用等待该任务。它其实只是在检查memcache flag是否存在,然后再重定向到最终的下载地址上。旧系统运行大约3个Sinatra实例和3个Resque worker。GitHub的开发人员觉得这是Node应用的好机会。Node基于事件驱动,相比Ruby的阻塞模型,Node能够更好地处理git存 档。在编写新下载服务器过程中,开发人员觉得Node非常适合该功能,此外,他们还里利用了Node库socket.io来监控下载状态。

    不仅在国外,Node的优点也同样吸引了国内开发人员的注意,淘宝就实际应用了Node技术:

    MyFOX 是一个数据处理中间件,负责从一个MySQL集群中提取数据、计算并输出统计结果。用户提交一段SQL语句,MyFOX根据该SQL命令的语义,生成各个 数据库分片所需要执行的查询语句,并发送至各个分片,再将结果进行汇总和计算。 MyFOX的特点是CPU密集,无文件IO,并只处理只读数据。起初MyFOX使用PHP编写,但遇到许多问题。例如PHP是单线程的,MySQL又需要 阻塞查询,因此很难并发请求数据,后来的解决方案是使用nginx和dirzzle,并基于HTTP协议实现接口,并通过curl_multi_get命 令进行请求。不过MyFOX项目组最终还是决定使用Node.js来实现MyFOX。

    选择Node.js有许多方面的原因,比如考虑了 兴趣及社区发展,同时也希望可以提高并发能力,榨干CPU。例如,频繁地打开和关闭连接会让大量端口处于等待状态,当并发数量上去之后,时常会因为端口不 够用(处于TIME_WAIT状态)而导致连接失败。之前往往是通过修改系统设置来减少等待时间以绕开这个错误,然而使用连接池便可以很好地解决这个问 题。此外,以前MyFOX会在某些缓存失效的情况下出现十分密集的访问压力,使用 Node.js便可以共享查询状态,让某些请求“等待片刻”,以便系统重新填充缓存内容。

    小结
    本文简要介绍了Node.js的基本知识,包括概念、特点、历史、案例等等。作为一个仅仅2岁的平台,Node.js的发展势头有目共睹,越来越多的企业开始关注并尝试Node.js,前后端开发人员应该了解相关的内容。

    参考:http://limu.iteye.com/blog/1013223http://www.infoq.com/cn/articles/nodejs-in-front-end-engineer-view

    官方:http://nodejs.org/

    参考文献

    [1] http://nodejs.org/

    [2] http://beakkon.com/geek/node.js/why-node.js-single-thread-event-loop-javascript

    [3] http://www.tbdata.org/archives/1285

    [4] http://www.infoq.com/interviews/node-ryan-dahl

    [5] http://www.infoq.com/cn/news/2011/08/enterprise-nodejs

    [6] http://www.infoq.com/cn/news/2010/11/nodejs-joyent

    [7] http://www.infoq.com/cn/news/2011/06/node-exe

    [8] http://nodenode.com/post/1176414531/node-js-a-short-history

    [9] http://www.infoq.com/cn/news/2011/05/nodeparty-hangzhou