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前言

如果你有一定的前端基礎(chǔ)，比如 HTML、CSS、JavaScript、jQuery;那么，Node.js 能讓你以最低的成本快速過(guò)渡成為一個(gè)全棧工程師(我稱(chēng)這個(gè)全棧為偽全棧，我認(rèn)為的全棧也要精通數(shù)據(jù)庫(kù)，不喜勿噴)，從而觸及后端和移動(dòng)端的開(kāi)發(fā)。當(dāng)然，Node.js也不是萬(wàn)能的、也不是說(shuō)學(xué)了它就可以完全取代后端的其他開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，它有自己的使命和擅長(zhǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域。

除此之外現(xiàn)在非?；馃岬?Vue.js，React.js ，等很多數(shù)據(jù)層動(dòng)態(tài)交互優(yōu)先選用了Node.js，一些比較流行的打包工具也是如此;綜上，為你為什么要學(xué)習(xí)它又增加了一大理由。

Node.js 和傳統(tǒng)的后端語(yǔ)言(比如PHP、JAVA等)相比，各有優(yōu)缺點(diǎn)，各自擅長(zhǎng)領(lǐng)域和側(cè)重點(diǎn)不同，因此，各有千秋、各有需求市場(chǎng)。Node.js 讓我們進(jìn)行后端開(kāi)發(fā)多了一種便捷的手段。所以大家也不要總說(shuō)哪些語(yǔ)言是最好的，各有各的使命，嘿嘿。

Node.js的特點(diǎn)

非阻塞異步io

例如，當(dāng)在訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)取得數(shù)據(jù)的時(shí)候，需要一段時(shí)間。在傳統(tǒng)的單線(xiàn)程處理機(jī)制中，在執(zhí)行了訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)代碼之后，整個(gè)線(xiàn)程都將暫停下來(lái)，等待數(shù)據(jù)庫(kù)返回結(jié)果，才能執(zhí)行后面的代碼。也就是說(shuō)，I/O阻塞了代碼的執(zhí)行，極大地降低了程序的執(zhí)行效率。

由于 Node.js 中采用了非阻塞型I/O機(jī)制，因此在執(zhí)行了訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的代碼之后，將立即轉(zhuǎn)而執(zhí)行其后面的代碼，把數(shù)據(jù)庫(kù)返回結(jié)果的處理代碼放在回調(diào)函數(shù)中，從而提高了程序的執(zhí)行效率。

當(dāng)某個(gè)I/O執(zhí)行完畢時(shí)，將以事件的形式通知執(zhí)行I/O操作的線(xiàn)程，線(xiàn)程執(zhí)行這個(gè)事件的回調(diào)函數(shù)。為了處理異步I/O，線(xiàn)程必須有事件循環(huán)，不斷的檢查有沒(méi)有未處理的事件，依次予以處理。

阻塞模式下，一個(gè)線(xiàn)程只能處理一項(xiàng)任務(wù)，要想提高吞吐量必須通過(guò)多線(xiàn)程。而非阻塞模式下，一個(gè)線(xiàn)程永遠(yuǎn)在執(zhí)行計(jì)算操作，這個(gè)線(xiàn)程的CPU核心利用率永遠(yuǎn)是100%。所以，這是一種特別有哲理的解決方案：與其人多，但是好多人閑著;還不如一個(gè)人玩命，往死里干活兒。

單線(xiàn)程

在 Java、PHP 或者 .net 等服務(wù)器端語(yǔ)言中，會(huì)為每一個(gè)客戶(hù)端連接創(chuàng)建一個(gè)新的線(xiàn)程。而每個(gè)線(xiàn)程需要耗費(fèi)大約2MB內(nèi)存。也就是說(shuō)，理論上，一個(gè)8GB內(nèi)存的服務(wù)器可以同時(shí)連接的最大用戶(hù)數(shù)為4000個(gè)左右。要讓W(xué)eb應(yīng)用程序支持更多的用戶(hù)，就需要增加服務(wù)器的數(shù)量，而 Web 應(yīng)用程序的硬件成本當(dāng)然就上升了。

Node.js不為每個(gè)客戶(hù)連接創(chuàng)建一個(gè)新的線(xiàn)程，而僅僅使用一個(gè)線(xiàn)程。當(dāng)有用戶(hù)連接了，就觸發(fā)一個(gè)內(nèi)部事件，通過(guò)非阻塞I/O、事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制，讓 Node.js 程序宏觀上也是并行的。使用 Node.js ，一個(gè)8GB內(nèi)存的服務(wù)器，可以同時(shí)處理超過(guò)4萬(wàn)用戶(hù)的連接。

另外，單線(xiàn)程帶來(lái)的好處，操作系統(tǒng)完全不再有線(xiàn)程創(chuàng)建、銷(xiāo)毀的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)。但是單線(xiàn)程也有很多弊端，會(huì)在 Node.js 的弊端詳細(xì)講解，請(qǐng)繼續(xù)看。

事件驅(qū)動(dòng)

在 Node.js 中，客戶(hù)端請(qǐng)求建立連接，提交數(shù)據(jù)等行為，會(huì)觸發(fā)相應(yīng)的事件。在 Node.js 中，在一個(gè)時(shí)刻，只能執(zhí)行一個(gè)事件回調(diào)函數(shù)，但是在執(zhí)行一個(gè)事件回調(diào)函數(shù)的中途，又有其他事件產(chǎn)生，可以轉(zhuǎn)而處理其他事件(比如，又有新用戶(hù)連接了)，然后返回繼續(xù)執(zhí)行原事件的回調(diào)函數(shù)，這種處理機(jī)制，稱(chēng)為“事件環(huán)”機(jī)制。

Node.js 底層是 C++(V8也是C++寫(xiě)的)。底層代碼中，近半數(shù)都用于事件隊(duì)列、回調(diào)函數(shù)隊(duì)列的構(gòu)建。用事件驅(qū)動(dòng)來(lái)完成服務(wù)器的任務(wù)調(diào)度，這是鬼才才能想到的。針尖上的舞蹈，用一個(gè)線(xiàn)程，擔(dān)負(fù)起了處理非常多的任務(wù)的使命。

注意這里的事件循環(huán)，也可以說(shuō)是 Node.js 的一個(gè)精髓所在，下面引用一段 Node.js 官網(wǎng)的內(nèi)容

┌───────────────────────────┐ 
┌─>│           timers          │ 
│  └─────────────┬─────────────┘ 
│  ┌─────────────┴─────────────┐ 
│  │     pending callbacks     │ 
│  └─────────────┬─────────────┘ 
│  ┌─────────────┴─────────────┐ 
│  │       idle, prepare       │ 
│  └─────────────┬─────────────┘      ┌───────────────┐ 
│  ┌─────────────┴─────────────┐      │   incoming:   │ 
│  │           poll            │<─────┤  connections, │ 
│  └─────────────┬─────────────┘      │   data, etc.  │ 
│  ┌─────────────┴─────────────┐      └───────────────┘ 
│  │           check           │ 
│  └─────────────┬─────────────┘ 
│  ┌─────────────┴─────────────┐ 
└──┤      close callbacks      │ 
   └───────────────────────────┘ 

引用Node官網(wǎng)中的一段內(nèi)容:

注意：每個(gè)框?qū)⒈环Q(chēng)為事件循環(huán)的“階段”。

每個(gè)階段都有一個(gè)要執(zhí)行的回調(diào)FIFO隊(duì)列。雖然每個(gè)階段都以其自己的方式特殊，但通常情況下，當(dāng)事件循環(huán)進(jìn)入給定階段時(shí)，它將執(zhí)行特定于該階段的任何操作，然后在該階段的隊(duì)列中執(zhí)行回調(diào)，直到隊(duì)列耗盡或最大回調(diào)數(shù)量為止已執(zhí)行。當(dāng)隊(duì)列耗盡或達(dá)到回調(diào)限制時(shí)，事件循環(huán)將移至下一階段，依此類(lèi)推。

關(guān)于事件循環(huán)是一個(gè)核心點(diǎn)，經(jīng)常會(huì)被面試官考具體執(zhí)行輸出的問(wèn)題，大家可以看我的這篇文章

跨平臺(tái)

起初，Node 只能在 Linux 平臺(tái)上運(yùn)行。后來(lái)隨著 Node的發(fā)展，微軟注意到了它的存在，并投入了一個(gè)團(tuán)隊(duì)幫助 Node 實(shí)現(xiàn) Windows 平臺(tái)的兼容，在v0.6.0版本發(fā)布時(shí)，Node 已經(jīng)能夠直接在 Window 平臺(tái)運(yùn)行了。 Node 是基于libuv實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)的。

Node.js的弊端

單線(xiàn)程帶來(lái)的弊端

Node.js中有一個(gè)特點(diǎn)就是單線(xiàn)程，它帶來(lái)了很多好處，但是它也有弊端，單線(xiàn)程弱點(diǎn)如下。

1. 無(wú)法利用多核CPU
2. 錯(cuò)誤會(huì)引起整個(gè)應(yīng)用退出無(wú)法繼續(xù)調(diào)用異步I/O
3. 大量計(jì)算占用CPU導(dǎo)致無(wú)法繼續(xù)調(diào)用異步I/O

以上確實(shí)是Node的弊端，但是都會(huì)有一些對(duì)應(yīng)的解決方案：

弊端1:解決方案

• (1)一些管理工具比如pm2，forever 等都可以實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建多進(jìn)程解決多核 CUP 的利用率問(wèn)題。
• (2)在v0.8版本之前，實(shí)現(xiàn)多進(jìn)程可以使用child_process
• (3)在v0.8版本之后，可以使用cluster模塊，通過(guò)主從模式，創(chuàng)建多個(gè)工作進(jìn)程解決多核CPU的利用率問(wèn)題。

弊端2:解決方案

• (1)Nnigx反向代理，負(fù)載均衡，開(kāi)多個(gè)進(jìn)程，綁定多個(gè)端口;
• (2) 一些管理工具比如pm2，forever 等都可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)程監(jiān)控，錯(cuò)誤自動(dòng)重啟等
• (3)開(kāi)多個(gè)進(jìn)程監(jiān)聽(tīng)同一個(gè)端口，使用Node提供的cluster模塊;
• (4)未出現(xiàn)cluster之前，也可以使用child_process,創(chuàng)建多子線(xiàn)程監(jiān)聽(tīng)一個(gè)端口。
• (5)這里說(shuō)明下，有上面的這些解決方案，但是寫(xiě)node后端代碼的時(shí)候，異常拋出try catch顯得格外有必要。

弊端3:解決方案

• (1)可以把大量的密集計(jì)算像上面一樣拆分成多個(gè)子線(xiàn)程計(jì)算
• 但是如果不允許拆分，想計(jì)算100萬(wàn)的大數(shù)據(jù)，在一個(gè)單線(xiàn)程中，Node確實(shí)顯得無(wú)能為力，這本身就是V8內(nèi)存限制的弊端。

說(shuō)明：child_process與cluster模塊我會(huì)單獨(dú)拿一篇文章來(lái)講。

值得開(kāi)心的是上面這些弊端隨著Node的版本更新，和新的api模塊出現(xiàn)，好像解決了這些弊端。

調(diào)試

用過(guò)node的人可能第一時(shí)間就會(huì)想到debug太難了，沒(méi)有stack trace，因此調(diào)試比較困難。

Node社區(qū)中的npm包

Node.js社區(qū)有很多包品質(zhì)良莠不齊、如果你想偷懶而又剛好npm了一個(gè)有問(wèn)題的包你就很麻煩，因?yàn)榇a是開(kāi)源的，只能自己調(diào)試了。

Node.js的應(yīng)用場(chǎng)景

介紹了Node.js的特點(diǎn)和弊端，再說(shuō)一下Node.js的應(yīng)用場(chǎng)景。

Node.js適合用來(lái)開(kāi)發(fā)什么樣的應(yīng)用程序呢?

善于I/O，不善于計(jì)算。因?yàn)镹ode.js最擅長(zhǎng)的就是任務(wù)調(diào)度，如果你的業(yè)務(wù)有很多的 CPU 計(jì)算，實(shí)際上也相當(dāng)于這個(gè)計(jì)算阻塞了這個(gè)單線(xiàn)程，就不太適合Node開(kāi)發(fā)，但是也不是沒(méi)有解決方案，只是說(shuō)不太適合。

當(dāng)應(yīng)用程序需要處理大量并發(fā)的I/O，而在向客戶(hù)端發(fā)出響應(yīng)之前，應(yīng)用程序內(nèi)部并不需要進(jìn)行非常復(fù)雜的處理的時(shí)候，Node.js非常適合。Node.js也非常適合與websocket配合，開(kāi)發(fā)長(zhǎng)連接的實(shí)時(shí)交互應(yīng)用程序。

具體場(chǎng)景可以表現(xiàn)為如下：

• 第一大類(lèi)：用戶(hù)表單收集系統(tǒng)、后臺(tái)管理系統(tǒng)、實(shí)時(shí)交互系統(tǒng)、考試系統(tǒng)、聯(lián)網(wǎng)軟件、高并發(fā)量的web應(yīng)用程序;
• 第二大類(lèi)：基于web、canvas等多人聯(lián)網(wǎng)游戲;
• 第三大類(lèi)：基于web的多人實(shí)時(shí)聊天客戶(hù)端、聊天室、圖文直播;
• 第四大類(lèi)：?jiǎn)雾?yè)面瀏覽器應(yīng)用程序;
• 第五大類(lèi)：操作數(shù)據(jù)庫(kù)、為前端和移動(dòng)端提供基于json的API;
• 第六大類(lèi)，....

哪些大公司在用

• 雅虎：雅虎開(kāi)放了Cooktail框架，將YUI3這個(gè)前端框架的能力借助Node延伸到了服務(wù)器端。
• 騰訊：將Node應(yīng)用到長(zhǎng)連接，以提供實(shí)時(shí)功能。
• 花瓣網(wǎng)，蘑菇街：通過(guò)socket.io實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通知。
• 阿里：主要利用的是并行I/O這個(gè)性能，實(shí)現(xiàn)高效的分布式，它們自己也出了很多Node框架
• LinkedIn：移動(dòng)網(wǎng)站也是使用的Node
• 網(wǎng)易：游戲領(lǐng)域?qū)Σl(fā)和實(shí)時(shí)要求很高，網(wǎng)易開(kāi)源了Node的實(shí)時(shí)框架pomelo
• 等等...