JavaScript是每一个前端Web开发人员都能触手可及的工具，所以它成为一门非常流行的编程语言，以至于被定型为一种专为Web开发的编程语言。读这本书之前，你可能听说过Node.js，这是一个在Web浏览器之外运行JavaScript程序的平台。到目前为止，Node.js已经有十年的发展历史了，已成为一个成熟的编程平台，被广泛应用于各种大小型项目中。

本书将介绍Node.js。在本书的结尾，你将了解使用Node.js开发服务器端Web应用程序的完整生命周期，从概念到部署到安全防御。在撰写本书时，我们假设：

• 你已经知道如何编写软件
• 你熟悉JavaScript
• 你对使用其他语言开发Web应用程序有所了解

当我们评估一个新的编程工具时，我们是否会因为它是流行的新工具而选择它？也许我们中的一些人会这样做，但成熟的方法是对不同的工具进行权衡比较，从中选择适合自己的工具。这就是本章的内容，即介绍使用Node.js的技术原理。在编写代码之前，我们必须思考Node.js是什么，以及Node.js为何适合软件开发工具的整个市场。然后，我们将深入了解应用程序开发工作，并认识到通常最好的学习方法就是动手实践。

本章将介绍以下主题：

• Node.js简介
• 使用Node.js可以做什么
• 为什么要使Node.js
• Node.js的体系结构
• Node.js的性能、利用率和可扩展性
• Node.js、微服务架构和测试
• 使用Node.js实现12要素用程序模型

Node.js概述

Node.js是一个激动人心的新平台，可用于开发Web应用程序、应用程序服务器、任何类型的网络服务器或客户端以及通用编程。它通过巧妙地服务器端JavaScript、异步I/O和异步编程结合在一起，在Web应用程序中实现了极高的可扩展性。

虽然Node.js只有十年历史，但已经迅速崛起，并且在现在的项目开发中扮演着重要的角色。无论是大公司还是小公司，都在将Node.js用于大型和小型项目。例如，PayPal已经将许多服务器从Java平台迁移到Node.js平台。

Node.js体系架构与其他应用程序平台截然不同。当线程被广泛地用于扩展应用程序而导致所有CPU性能被占用时，Node.js因为线程固有的复杂性而避开线程。有人说是因为单线程事件驱动架构内存占用低，吞吐量高，负载下的延迟曲线更好，编程模型更简单。Node.js平台正处于快速发展阶段，许多人认为它是 Java、PHP、Python或RubyonRails等传统Web应用程序体系架构的有力替代品。

从本质上讲，Node.js是一个独立的JavaScript引擎，具有适合于通用编程的扩展，同时明确关注应用服务器开发。即使我们将Node.js与应用服务器平台进行比较，Node.js 也不是应用服务器。相反，Node.js是一个类似于Python、Go或Java SE的编程运行时。虽然Node.js能够编写Web应用程序框架和应用程序服务器，但Node.js只是一个执行JavaScript程序的系统。

Node.js的关键架构选择是事件驱动，而非多线程。Node.js体系结构依赖于将阻塞操作分派给单线程循环事件，将结果作为调用事件处理函数的事件返回给调用方。在大多数情况下，事件被转换为由异步函数处理的Promise。由于Node.js基于Chrome的V8 JavaScript引擎，因此在Chrome中实现的性能和功能能很快同步到Node.js平台。

Node.js核心模块足够通用，能够支持所有基于TCP或UDP协议的所有类型的服务器，无论是域名系统（DNS）、HTTP、internet中继聊天（IRC）还是FTP。虽然Node.js能够开发internet服务器或客户端，但主要用途还是在于定期的网站开发，以取代Apache/PHP或Rails等堆栈技术，或对现有网站进行改进。例如，可以通过Node.js的Socket.IO库轻松地给现有网站添加实时聊天功能或对现有网站进行监控。由于Node·js的轻量级、高性能特性，所以通常将Node.js作为粘合服务器使用。

一个特别有趣的组合是使用Docker和Kubernetes等工具或AWS Lambda等功能在现代云基础设施上部署微型服务器。将大型应用程序划分为易于部署的大规模微服务时，Node.js运行非常良好。

让我们对Node.js进行更深入的了解。

Node.js的能力

Node.js是一个在Web浏览器之外编写JavaScript应用程序的平台。这不是我们在Web浏览器中熟悉的JavaScript环境！虽然Node.js执行的JavaScript语言与我们在浏览器中使用的JavaScript相同，但Node.js没有与浏览器相关的功能。例如，没有内置HTML DOM。

除了执行JavaScript的原生功能外，Node.js内置模块还提供以下功能：

• 命令行工具（shell脚式）
• 一种交互式终端风格的程序，即读-值-打印循环（REPL）
• 优秀的进程控制功能，可监督子进程
• 用于处理二进制数据的缓冲区对象
• 具有全面的事件驱动回调的TCP或UDP套接字
• DNS查找
• 一个位于TCP库文件系统访问之上的HTTP、HTTPS和HTTP/2客户端服务器。
• 通过断言内置的基本单元测试支持
  Node.js的网络层是低层级的，同时也非常简单易用。例如，你使用HTTP模块编写编写HTTP服务器或客户端只需几行代码。这是非常强大的，能让开发者非常容易地获得协议请求，并让你精确地实现那些应该在请求响应中返回的HTTP标头。

通常Web应用程序开发者不需要处理低级别的HTTP或其他协议；相反，我们倾向于更高效地使用更高级的接口，例如，对PHP开发者，由于Apache/Nginx/等已经提供了HTTP，所以他们不需要编写实现堆栈的HTTP服务器部分。相反，Node.js程序员则需要编写HTTP服务器，并在该服务器上运行应用程序代码。

为了简化HTTP服务器开发，Node.js社区有诞生了几个Web应用程序框架，如Express，提供了程序员常需的高级接口。你可以快速地使用内置功能（如sessions、cookie、服务静态文件和日志记录）配置HTTP服务器，从而专注于业务逻辑。其他框架提供OAuth2支持或关注RESTAPI，等等。

使用Node.js的社区已经在这个基础上创建了各种各样的工具。

Node.js能做什么

Node.js并不局限于Web服务器应用开发，Node.js社区已经将Node.js带向了其他方向：

• 构建工具：Node.js已成为软件开发或开发服务基础设施通信的命令行工具的流行选择。Grunt、Gulp和Webpack被前端开发人员广泛用于打包网站构建素材。Babel广泛地用于转换现代ES2016代码，以便在较旧的浏览器上运行。流行的CSS优化器和处理器（如POSTSS）是使用Node.js中编写的。静态网站生成系统（如Metalsmith、Punch和AkashaCMS）使用Node.js命令行运行，并生成上传到Web服务器的网站内容。
• Web UI测试：Puppeter让你可以控制无标头Chrome Web浏览器实例。通过Puppeter，你可以使用功能齐全的现代Web浏览器开发Node.js脚本。一些典型的用法是Web抓取和Web应用程序测试。
• 桌面应用程序：Electron和NodeWebKit（NW.js）都是用于开发Windows、macOS和Linux桌面应用程序的框架。这些框架利用Node.js库包装的大量的Chrome组件使用Web UI技术开发桌面应用程序。由于应用程序是使用HTML5、CSS3和JavaScript编写的，因此可以使用各种先进的Web框架，如Bootstrap、React、VueJS和AngularJS等。许多流行的应用程序都是使用Electron构建的，包括Slack桌面客户端应用程序，Atom、Microsoft Visual Code编辑器、Postman REST客户端、GitKraken GIT客户端和U盘系统镜像制作工具Etcher。
• 移动应用程序：Node.js for Mobile Systems项目能够让你使用Node.js开发iOS和Android智能手机或平板电脑应用程序。苹果的App Store规则不允许接入具有JIT功能的JavaScript引擎，这意味着常规的 Node.js不能用于iOS应用程序开发。对于iOS应用程序开发，该项目使用Node.js-on-ChakraCore绕过App Store规则。对于Android应用程序开发，该项目在Android上使用常规Node.js。在撰写本文时，该项目正处于开发的早期阶段，但看起来很有希望。
• 物联网（IoT）：Node.js是物联网项目中非常流行的语言，Node.js运行在大多数基于ARM的单板计算机上。最最具代表性的例子是NodeRED项目。它提供了一个图形编程环境，允许你通过将区块连接在一起来绘制程序。它具有面向硬件的通用I/O（GPIO）机制，例如，与Raspberry Pi或Beaglebone单板计算机上的通用I/O（GPIO）引脚交互。

你可能已经在使用Node.js应用程序但是没有意识到这一点！JavaScript在Web浏览器之外有一席之地，这不仅仅归功于Node.js。

服务器端JavaScript

别再挠头了！当然，你可能正在这样做，并喃喃自语，“浏览器语言在服务器上能做什么呢？”事实上，JavaScript在浏览器之外有着漫长且基本未知的历史。JavaScript是一种编程语言，就像其他所有语言一样，最好的问题是“为什么JavaScript仍被困在Web浏览器中？”

早在Web混沌时代，编写Web应用程序的工具就处于初级阶段。在Java和PHP诞生的初期，一些开发人员使用Perl或TCL编写CGI脚本。即便如此，服务器端仍然有JavaScript的身影。最初使用JavaScript编写的Web应用服务器是Netscape的LiveWire服务器。微软ASP的一些版本使用JScript，这是微软自己开发的JavaScript版本。最近的一个JavaScript服务器器项目是Java的RingoJS应用程序框架。Java6和Java7都提供了RhinoJavaScript引擎。在Java8中，Rhino被抛弃，取而代之的是更新的Nashorn JavaScript引擎。

换句话说，浏览器之外的JavaScript并不是什么新鲜事，虽然并不常见。

你已经了解到Node.js是一个在Web浏览器之外编写JavaScript应用程序的平台。Node.js社区将该平台远用于大量的应用程序类型，远远超过最初为该平台设想的数量。这证明了Node.js的流行程度，但是我们仍然必须考虑使用Node.js的技术原因。

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