[转] 浅谈Node.js的工作原理及优缺点
http://www.html5cn.org/thread-5587-1-1.html
编者注:与所有开源项目一样,Node.js将继续向前发展,开发人员将探索可以克服任何限制的新资源和新技术。按照惯例,我们鼓励读者亲自尝试新技术。
关于Node.js的一点传闻:
如果您听说过Node,或者阅读过一些文章,宣称Node是多么多么的棒,那么您可能会想:“Node究竟是什么东西?”
即便是在参阅Node的主页之后,您甚至可能还是不明白 Node为何物?Node肯定不适合每个程序员,但它可能是某些程序员一直苦苦追寻的东西。
为试图解释什么是Node.js,本文将简要介绍一些背景信息:它要解决的问题,它如何工作,如何运行一个简单应用程序,最后,Node在什么情况下是一个好的解决方案。本文不涉及如何编写一个复杂的Node应用程序,也不是一份全面的Node教程。阅读本文应该有助于您决定是否应该继续学习Node,以便将其用于您的业务。
Node旨在解决什么问题?
Node公开宣称的目标是
“旨在提供一种简单的构建可伸缩网络程序的方法”。当前的服务器程序有什么问题?我们来做个数学题。在Java™和PHP这类语言中,每个连接都会生成一
个新线程,每个新线程可能需要2MB的配套内存。在一个拥有8GBRAM的系统上,理论上最大的并发连接数量是4,000个用户。随着您的客户群的增长,
如果希望您的Web应用程序支持更多用户,那么,您必须添加更多服务器。当然,这会增加服务器成本、流量成本和人工成本等成本。除这些成本上升外,还有一
个潜在技术问题,即用户可能针对每个请求使用不同的服务器,因此,任何共享资源都必须在所有服务器之间共享。鉴于上述所有原因,整个Web应用程序架构
(包括流量、处理器速度和内存速度)中的瓶颈是:服务器能够处理的并发连接的最大数量。
Node解决这个问题的方法是:更改连接到服务器的方式。每个连接发射一个在Node引擎的进程中运行的事件,而不是为每个连接生成一个新的OS线程(并
为其分配一些配套内存)。Node声称它绝不会死锁,因为它根本不允许使用锁,它不会直接阻塞 I/O
调用。Node还宣称,运行它的服务器能支持数万个并发连接。
现在您有了一个能处理数万个并发连接的程序,那么您能通过Node实际构建什么呢?如果您有一个Web应用程序需要处理这么多连接,那将是一件很
“恐怖” 的事!那是一种 “如果您有这个问题,那么它根本不是问题”
的问题。在回答上面的问题之前,我们先看看Node的工作原理以及它的设计运行方式。
Node肯定不是什么?
没错,Node是一个服务器程序。但是,基础Node产品肯定不像Apache或Tomcat。本质上,那些服务器“安装就绪型”服务器产品,支持立即部
署应用程序。通过这些产品,您可以在一分钟内启动并运行一个服务器。Node肯定不是这种产品。Apache能通过添加一个PHP模块来允许开发人员创建
动态Web页,添加一个SSL模块来实现安全连接,与此类似,Node也有模块概念,允许向Node内核添加模块。实际上,可供选择的用于
Node的模块有数百个之多,社区在创建、发布和更新模块方面非常活跃,一天甚至可以处理数十个模块。本文后面将讨论Node的整个模块部分。
Node如何工作?
Node本身运行V8
JavaScript。等等,服务器上的JavaScript?没错,您没有看错。对于只在客户机上使用JavaScript的程序员而言,服务器端
JavaScript可能是一个新概念,但这个概念本身并非遥不可及,因此为何不能在服务器上使用客户机上使用的编程语言?
什么是V8?V8
JavaScript引擎是Google用于其Chrome浏览器的底层JavaScript引擎。很少有人考虑JavaScript在客户机上实际做了
些什么?实际上,JavaScript引擎负责解释并执行代码。Google使用V8创建了一个用C++编写的超快解释器,该解释器拥有另一个独特特征;
您可以下载该引擎并将其嵌入任何应用程序。V8
JavaScript引擎并不仅限于在一个浏览器中运行。因此,Node实际上会使用Google编写的V8
JavaScript引擎,并将其重建为可在服务器上使用。太完美了!既然已经有一个不错的解决方案可用,为何还要创建一种新语言呢?
事件驱动编程
许多程序员接受的教育使他们认为,面向对象编程是完美的编程设计,这使得他们对其他编程方法不屑一顾。Node使用了一个所谓的事件驱动编程模型。
例一:
- // jQuery code on the client-side showing how Event-Driven programming works
- // When a button is pressed, an Event occurs - deal with it
- // directly right here in an anonymous function, where all the
- // necessary variables are present and can be referenced directly
- $("#myButton").click(function(){
- if ($("#myTextField").val() != $(this).val())
- alert("Field must match button text");
- });
实际上,服务器端和客户端没有任何区别。没错,这没有按钮点击操作,也没有向文本字段键入的操作,但在一个更高的层面上,事件正在发生。一个连接被建立,这是一个事件;数据通过连接进行接收,这也是一个事件;数据通过连接停止,这还是一个事件!
为什么这种设置类型对Node很理想?JavaScript是一种很棒的事件驱动编程语言,因为它允许使用匿名函数和闭包,更重要的是,任何写过代码的人
都熟悉它的语法。事件发生时调用的回调函数可以在捕获事件处进行编写。这样可以使代码容易编写和维护,没有复杂的面向对象框架,没有接口,没有过度设计的
可能性。只需监听事件,编写一个回调函数,其他事情都可以交给系统处理!
例Node应用程序
最后,我们来看一些代码!让我们将讨论过的所有内容汇总起来,从而创建我们的第一个Node应用程序。我们已经知道,Node对于处理高流量应用程
序很理想,所以我们将创建一个非常简单的Web应用程序,一个为实现最快速度而构建的应用程序。下面是“老板”交代的关于我们的样例应用程序的具体要求:
创建一个随机数字生成器RESTful
API。这个应用程序应该接受一个输入:一个名为“number”的参数。然后,应用程序返回一个介于0和该参数之间的随机数字,并将生成的数字返回给调
用者。由于“老板”希望该应用程序成为一个广泛流行的应用程序,因此它应该能处理50000个并发用户。我们来看看以下代码:
- // these modules need to be imported in order to use them.
- // Node has several modules. They are like any #include
- // or import statement in other languages
- var http = require("http");
- var url = require("url");
- // The most important line in any Node file. This function
- // does the actual process of creating the server. Technically,
- // Node tells the underlying operating system that whenever a
- // connection is made, this particular callback function should be
- // executed. Since we're creating a web service with REST API,
- // we want an HTTP server, which requires the http variable
- // we created in the lines above.
- // Finally, you can see that the callback method receives a 'request'
- // and 'response' object automatically. This should be familiar
- // to any PHP or Java programmer.
- http.createServer(function(request, response) {
- // The response needs to handle all the headers, and the return codes
- // These types of things are handled automatically in server programs
- // like Apache and Tomcat, but Node requires everything to be done yourself
- response.writeHead(200, {"Content-Type": "text/plain"});
- // Here is some unique-looking code. This is how Node retrives
- // parameters passed in from client requests. The url module
- // handles all these functions. The parse function
- // deconstructs the URL, and places the query key-values in the
- // query object. We can find the value for the "number" key
- // by referencing it directly - the beauty of JavaScript.
- var params = url.parse(request.url, true).query;
- var input = params.number;
- // These are the generic JavaScript methods that will create
- // our random number that gets passed back to the caller
- var numInput = new Number(input);
- var numOutput = new Number(Math.random() * numInput).toFixed(0);
- // Write the random number to response
- response.write(numOutput);
- // Node requires us to explicitly end this connection. This is because
- // Node allows you to keep a connection open and pass data back and forth,
- // though that advanced topic isn't discussed in this article.
- response.end();
- // When we create the server, we have to explicitly connect the HTTP server to
- // a port. Standard HTTP port is 80, so we'll connect it to that one.
- }).listen(80);
- // Output a String to the console once the server starts up, letting us know everything
- // starts up correctly
- console.log("Random Number Generator Running...");
启动应用程序
上面的代码放入一个名为“random.js”的文件中。现在,要启动这个应用程序并运行它(以便创建HTTP服务器并监听端口80上的连接),只
需在您的命令提示中输入以下命令:% node random.js。下面是服务器已经启动并运行时看起来的样子:
- root@ubuntu:/home/moila/ws/mike# node random.js
- Random Number Generator Running...
访问应用程序
应用程序已经启动并运行。Node正在监听所有连接,我们来测试一下。由于我们创建了一个简单的RESTful
API,所以可以使用Web浏览器来访问这个应用程序。键入以下地址(确保您已完成了上面的步骤):http://localhost
/?number=27。
您的浏览器窗口将更改到一个介于0到27之间的随机数字。单击浏览器上的“重新载入”按钮,您会得到另一个随机数字。就是这样,这就是您的第一个Node应用程序!
Node对什么有好处?
到此为止,您可能能够回答“Node是什么”这个问题了,但您可能还有一个问题:“Node有什么用途?” 这是一个需要提出的重要问题,因为肯定有些东西能受益于Node。
它对什么有好处?
正如您此前所看到的,Node非常适合以下情况:在响应客户端之前,您预计可能有很高的流量,但所需的服务器端逻辑和处理不一定很多。Node表现出众的典型示例包括:
1、RESTful API
提供RESTful
API的Web服务接收几个参数,解析它们,组合一个响应,并返回一个响应(通常是较少的文本)给用户。这是适合Node的理想情况,因为您可以构建它来
处理数万条连接。它仍然不需要大量逻辑;它本质上只是从某个数据库中查找一些值并将它们组成一个响应。由于响应是少量文本,入站请求也是少量的文本,因此
流量不高,一台机器甚至也可以处理最繁忙的公司的API需求。
2、Twitter队列
想像一下像Twitter这样的公司,它必须接收tweets并将其写入数据库。实际上,每秒几乎有数千条tweet达到,数据库不可能及时处理高
峰时段所需的写入数量。Node成为这个问题的解决方案的重要一环。如您所见,Node能处理数万条入站tweet。它能快速而又轻松地将它们写入一个内
存排队机制(例如memcached),另一个单独进程可以从那里将它们写入数据库。Node在这里的角色是迅速收集tweet,并将这个信息传递给另一
个负责写入的进程。想象一下另一种设计(常规PHP服务器会自己尝试处理对数据库本身的写入):每个tweet都会在写入数据库时导致一个短暂的延迟,因
为数据库调用正在阻塞通道。由于数据库延迟,一台这样设计的机器每秒可能只能处理2000条入站tweet。每秒处理100万条tweet则需要500个
服务器。相反,Node能处理每个连接而不会阻塞通道,从而能够捕获尽可能多的tweets。一个能处理50000条tweet的Node机器仅需20台
服务器即可。
3、电子游戏统计数据
如果您在线玩过《使命召唤》这款游戏,当您查看游戏统计数据时,就会立即意识到一个问题:要生成那种级别的统计数据,必须跟踪海量信息。这样,如果
有数百万玩家同时在线玩游戏,而且他们处于游戏中的不同位置,那么很快就会生成海量信息。Node是这种场景的一种很好的解决方案,因为它能采集游戏生成
的数据,对数据进行最少的合并,然后对数据进行排队,以便将它们写入数据库。使用整个服务器来跟踪玩家在游戏中发射了多少子弹看起来很愚蠢,如果您使用
Apache这样的服务器,可能会有一些有用的限制;但相反,如果您专门使用一个服务器来跟踪一个游戏的所有统计数据,就像使用运行Node的服务器所做
的那样,那看起来似乎是一种明智之举。
Node模块
尽管不是本文最初计划讨论的主题,但应广大读者要求,本文已经扩展为包含一个 Node Modules和Node Package
Manager简介。正如已经习惯使用Apache的开发人员那样,您也可以通过安装模块来扩展Node的功能。但是,可用于Node的模块极大地增强了
这个产品,那些模块非常有用,将使用Node的开发人员通常会安装几个模块。因此,模块也就变得越来越重要,甚至成为整个产品的一个关键部分。
在“参考资料”部分,我提供了一个指向模块页面的链接,该页面列示了所有可用模块。为了展示模块能够提供的可能性,我在数十个可用模块中包含了以下
几个模块:一个用于编写动态创建的页面(比如PHP),一个用于简化MySQL使用,一个用于帮助使用WebSockets,还有一个用来协助文本和参数
解析的模块。我不会详细介绍这些模块,这是因为这篇概述文章旨在帮助您了解Node并确定是否需要深入学习(再次重申),如果需要,那么您肯定有机会用到
这些可用模块。
另外,Node的一个特性是Node Package
Module,这是一个内置功能,用于安装和管理Node模块。它自动处理依赖项,因此您可以确定:您想要安装的任何模块都将正确安装并包含必要的依赖
项。它还支持将您自己的模块发布到Node社区,假如您选择加入社区并编写自己的模块的话。您可以将NPM视为一种允许轻松扩展Node功能的方法,不必
担心这会破坏您的Node安装。同样,如果您选择深入学习Node,那么NPM将是您的Node解决方案的一个重要组成部分。
结束语
阅读本文之后,您在本文开头遇到的问题“Node.js究竟是什么东西?”
应该已经得到了解答,您应该能通过几个清晰简洁的句子回答这个问题。如果这样,那么您已经走到了许多程序员的前面。我和许多人都谈论过Node,但他们对
Node究竟用于做什么一直很迷惑。可以理解,他们具有的是Apache的思维方式,认为服务器就是一个应用程序,将HTML文件放入其中,一切就会正常
运转。由于大多数程序员都熟悉Apache及其用途,因此,描述Node的最简单方法就是将它与Apache进行比较。Node是一个程序,能够完成
Apache能够完成的所有任务(借助一些模块),而且,作为一个可以将其作为基础进行构建的可扩展JavaScript平台,Node还能完成更多的任
务。
从本文可以看出,Node完成了它提供高度可伸缩服务器的目标。它使用了Google的一个非常快速的JavaScript引擎,即V8引擎。它使
用一个事件驱动设计来保持代码最小且易于阅读。所有这些因素促成了Node的理想目标,即编写一个高度可伸缩的解决方案变得比较容易。
与理解Node是 什么同样重要的是,理解它不是什么。Node并不只是Apache的一个替代品,它旨在使PHP
Web应用程序更容易伸缩。事实远非如此。尽管Node还处于初始阶段,但它发展得非常迅速,社区参与度非常高,社区成员创建了大量优秀模块,一年之内,
这个不断发展的产品就有可能出现在您的企业中。
PS: nodejs 安装
sudo apt-get install nodejs
sudo apt-get install npm