Kaj je Node.js? Popoln sodoben vodnik po Node.js, pojasnjen

Ste se kdaj vprašali, kako spletna mesta, kot so Netflix, LinkedIn ali PayPal, brez zadržkov obvladujejo milijone uporabnikov? Odgovor se pogosto skriva v zmogljivi tehnologiji, imenovani Node.js. Tudi če šele začenjate svojo kodersko pustolovščino ali pa ste že nekaj časa na poti z JavaScriptom, ste verjetno že slišali, da je Node.js prelomnica pri gradnji sodobnih aplikacij.

V naslednjem poglobljenem vodniku bomo raziskali, kaj je Node.js, kako deluje v osnovi, zakaj se razlikuje od drugih strežniških ogrodij in zakaj razvijalci nenehno govorijo o njem. Ne glede na to, ali želite graditi bliskovito hitre API-je, aplikacije za klepet v realnem času, storitve pretakanja ali pa želite razumeti, kako JavaScript danes dobesedno »teče povsod« – ta članek bo vse to razložil v preprostem jeziku in se skliceval na vse, kar so obravnavali vodilni spletni viri, in še več.

Razumevanje Node.js: Kaj točno je to?

Node.js ni nov programski jezik ali ogrodje – gre za izvajalno okolje , ki omogoča izvajanje kode JavaScript zunaj brskalnika. Predstavljajte si, da vzamete jezik, ki poganja dinamične spletne strani, in ga uporabite na svojem strežniku, računalniku ali v oblaku. To je čarovnija Node.js: JavaScript ni več samo za brskalnike.

Node.js je odprtokoden in večplatformski , ki gladko deluje v sistemih Windows, macOS, Linux in mnogih drugih operacijskih sistemih. Njegov temelj je Googlov mehanizem V8 , isti mehanizem, ki ga Chrome uporablja za hitro delovanje spletnih mest. Toda za razliko od spletnega brskalnika Node.js ponuja edinstvene module – predstavljajte si jih kot posebne komplete orodij – ki omogočajo branje datotek, prikazovanje spletnih strani, interakcijo z bazami podatkov , obdelavo zahtev HTTP in še veliko več, česar pa ne bi bilo mogoče storiti samo z JavaScriptom v brskalniku.

Zakaj je Node.js pomemben

JavaScript je bil prvotno zasnovan za spletne brskalnike – za manipulacijo elementov na strani. Ko pa so spletne aplikacije postale bolj zapletene, so razvijalci želeli uporabljati isti jezik in nabor znanj tako na odjemalcu (brskalniku) kot na strežniku. Tukaj je Node.js obrnil industrijo na glavo.

• Celovit JavaScript: Zdaj lahko tako sprednji kot zaledni del zgradite z enim samim jezikom, kar olajša deljenje kode in znanj med ekipami in projekti.
• Hitrejši razvojni cikli: Razvijalci lahko ponovno uporabijo logiko, podatkovne modele in orodja v celotnem skladu, kar ekipam pomaga hitreje zagotavljati funkcije in učinkoviteje vzdrževati aplikacije.
• Prednost npm-a: z npm (Node Package Manager) – največji register ponovno uporabne kode na svetu – je integracija novih funkcij pogosto stvar »npm install«.

Osnovna arhitektura: Skrivna sestavina zmogljivosti Node.js

Srce čarovnije Node.js leži v njegovi edinstveni arhitekturi, ki jo poganjajo dogodki in ne blokirajo . Za razliko od klasičnih strežniških tehnologij (pomislite na Apache, PHP), kjer lahko vsaka dohodna zahteva zapre strežniško nit, Node.js uporablja enonitno zanko dogodkov za hkratno upravljanje tisočih povezav – brez ustvarjanja nove niti za vsakega odjemalca.

Pa si poglejmo, kako deluje tako učinkovito:

Razlaga zanke dogodkov

Zanka dogodkov v Node.js je funkcija, ki upravlja vse asinhrone operacije. Ko prejme zahteva – na primer branje datoteke ali prejem zahteve HTTP – Node.js postavi nalogo v čakalno vrsto in nadaljuje z obdelavo drugih nalog, medtem ko prva čaka v ozadju. Nikoli ne »blokira« glavne niti, zato strežnik nadaljuje z obdelavo novih zahtev, namesto da čaka, da se ena konča, preden začne naslednjo.

Ko je operacija v ozadju končana (kot je datoteka, ki se končno bere z diska), Node.js prevzame povratni klic in nadaljuje delo. Zaradi te zasnove je Node.js idealen za aplikacije z veliko »čakajočimi« nalogami, kot so omrežne zahteve, API-ji in sporočanje v realnem času.

libuv in nabor niti

Node.js uporablja knjižnico C++, imenovano libuv, za obvladovanje nizkonivojskih operacij, kot so mreženje, vhodno/izhodni podatki za datoteke in abstrahiranje dogodkovno vodene arhitekture na različnih platformah. Za računsko zahtevne ali blokirajoče operacije (kot sta obdelava slik ali šifriranje) Node.js nalogo prenese v skupek niti – s čimer se glavna zanka dogodkov za vhodno/izhodne naloge in majhne funkcije povratnega klica ohrani hitra.

Če na Node.js gledate kot na zaposlenega kuharja, ta nikoli ne neha delati: ko se pojavi počasna naloga (kot je čakanje, da testo vzhaja), jo kuhar prenese na nekoga drugega in namesto da bi stal in čakal, nadaljuje z delom na preostalem delu menija. To je Nodejev pristop k delovnim obremenitvam z veliko prometa in intenzivnim V/I.

Node.js v resničnem življenju: Kaj lahko z njim zgradite?

Node.js je povsod. Nekatera največja svetovna podjetja se zanašajo nanj. Kaj pa počne najbolje?

• Spletni strežniki in API-ji: Z zmogljivimi ogrodji, kot je Hitra Node.js je idealna rešitev za gradnjo RESTful API-jev ali visokozmogljivih spletnih strežnikov.
• Aplikacije v realnem času: Pomislite na aplikacije za klepet, urejevalnike dokumentov za sodelovanje ali platforme za igranje iger v živo. Zahvaljujoč knjižnicam, kot so Socket.io.Node blesti pri vztrajnih povezavah z nizko zakasnitvijo.
• Storitve pretakanja: Zvočne in video platforme (kot sta Netflix ali Spotify) imajo koristi od Nodeovih zmogljivosti pretoka podatkov, ki v realnem času obdelujejo velike količine podatkov.
• Mikroservisi: Node.js je lahek in modularen, kar ekipam omogoča razdelitev velikih sistemov na majhne, ​​neodvisne storitve, ki jih je enostavno namestiti in vzdrževati.
• Internet stvari in strojna oprema: Uporaba knjižnic, kot so Johnny Five, lahko razvijalci nadzorujejo strojno opremo in gradijo rešitve interneta stvari.
• Orodja ukazne vrstice: Dostop vozlišča do datotečnega sistema vašega sistema vam omogoča ustvarjanje CLI-jev, ki avtomatizirajo opravila ali podpirajo delovne procese razvijalcev.
• Aplikacije z eno stranjo (SPA): Strežniško upodabljanje in logika zalednega dela za ogrodja frontend, kot sta React ali Vue, se pogosto izvaja na Node.js za optimalno delovanje.

Neblokirajoči V/I v primerjavi s tradicionalno sočasnostjo: Zakaj se zdi Node.js tako hiter?

V »klasičnih« strežnikih je lahko vsaka zahteva vezala ločeno nit. Blokiranje V/I je pomenilo, da je CPU miroval vsakič, ko je čakal na počasno bazo podatkov ali zunanji strežnik, kar je škodovalo skalabilnosti in kopičilo porabo pomnilnika. Node.js ta skript obrne na glavo.

Z Node.js so skoraj vse vhodno/izhodne naloge – kot so omrežne zahteve ali dostop do datotek – neblokirajoče. Namesto da bi uporabnik čakal na dokončanje vsake operacije, Node.js nadaljuje z delom na drugih stvareh in se vrne k prvotni nalogi takoj, ko je pripravljena. Zaradi tega je Node odlična izbira za strežnike, ki žonglirajo z velikim omrežnim prometom ali aplikacijami, kjer veliko uporabnikov hkrati komunicira.

Namestitev Node.js in npm: Uvod

Namestitev Node.js v računalnik je preprosta. Preprosto obiščite spletno mesto Node.js in izberite priporočeno različico LTS (dolgoročna podpora) za maksimalno stabilnost. Namestitveni program vključuje Node.js in npm , tako da boste takoj pripravljeni na kodiranje in namestitev paketov.

Po namestitvi samo zaženite node -v in npm -v v terminalu ali ukaznem pozivu, da preverite uspeh. Na tej točki lahko v sistemu zaženete datoteke JavaScript, zaženete strežnik ali eksperimentirate v ODGOVOR (Zanka branja-vrednotenja-izpisa) s preprostim tipkanjem node in pritisnite Enter.

Prvi koraki: Vaš prvi skript Node.js

Za razliko od brskalnikovega JavaScripta lahko skripti Node.js neposredno komunicirajo z operacijskim sistemom. Takole bi pozdravili uporabnika z njegovim imenom in trenutnim časom:

const userName = process.argv[2] || 'stranger';
console.log(`Hello, ${userName}! It's ${new Date().toLocaleTimeString()}`);

Shrani kot main.js, nato pa ga zaženite v terminalu z node main.js Anna in si oglejte pozdrav – z dejanskim časom vašega sistema.

REPL: Interaktivno kodiranje z Node.js

REPL vam omogoča interaktivno izvajanje JavaScripta, vrstico za vrstico, neposredno iz terminala. Vnesite node v ukazni vrstici in že ste notri! Želite poskusiti izračun? Vnesite 2 + 2 in pritisnite Enter. Za izhod pritisnite Ctrl + C dvakrat ali vtipkajte .exit.

Moduli Node.js: Osnovne funkcije in zapuščina CommonJS

Node.js je že od samega začetka uvedel sistem modulov, ki je razvijalcem omogočal organiziranje kode v datoteke za večkratno uporabo (module). Njegov prvotni standard, CommonJS, vam omogoča uporabo require('module') za nalaganje vgrajenih virov (kot so fs za operacije datotečnega sistema), zunanje knjižnice ali lastno kodo.

Primer – asinhrono branje datoteke v Node.js z uporabo jedra fs modul:

const fs = require('fs');
fs.readFile('example.txt', 'utf8', (err, data) => {
  if (err) {
    console.error(err);
    return;
  }
  console.log(data);
});

Ta pristop zagotavlja, da se vaša koda nadaljuje šele, ko je vsebina datoteke pripravljena, druge operacije pa nikoli niso blokirane . Iz registra npm lahko namestite in zahtevate tudi veliko število modulov drugih proizvajalcev, kot je ta:

const express = require('express');
const app = express();
app.get('/', (req, res) => res.send('Hello, World!'));
app.listen(3000);

Node zdaj podpira tudi moderno Moduli ECMAScript (import/export sintakso), zaradi česar je združljiv z najnovejšimi standardi JavaScripta.

Pod pokrovom motorja: motor V8 in zmogljivostne značilnosti

Jedro Node.js je Googlov mehanizem V8 . To je bliskovito hiter mehanizem JavaScript, razvit v jeziku C++, ki kodo JavaScript prevaja neposredno v izvorno strojno kodo. Zakaj je to pomembno? Izvorna koda pomeni, da je JavaScript na strežniku lahko tako hiter kot programska oprema, napisana v močno tipiziranih, prevedenih jezikih – ne da bi pri tem žrtvovali prijaznost za razvijalce.

V8 ponuja tudi prevajanje Just-In-Time (JIT) , zbiranje smeti, skrite razrede in predpomnjenje v vrstici za hiter dostop do lastnosti. Vse to prispeva k hitremu izvajanju in majhni porabi pomnilnika za vaše aplikacije.

Ekosistem Node.js: npm in naprej

npm (Node Package Manager) je življenjska sila sodobnega razvoja Node.js. Omogoča vam takojšen dostop do več kot milijona odprtokodnih knjižnic in orodij. Želite vzpostaviti povezavo z bazo podatkov, razčleniti datoteke CSV ali izvesti enotne teste? Verjetno obstaja paket npm (ali petdeset) za vsako nalogo!

npm upravlja tudi odvisnosti v vašem package.json datoteko, tako da je okolje vaše aplikacije ponovljivo in enostavno za skupno rabo ali uvajanje. Če želite namestiti paket, preprosto zaženite npm install package-namein za začetek projekta uporabite npm initZa naloge, ki jih ne želite trajno namestiti, npx omogoča enkratni zagon ukazov iz paketov in njihovo odstranitev – izjemno priročno za razvijalce.

Priljubljeni npm paketi, ki bi jih moral poznati vsak razvijalec Node.js

• Express: Spletne aplikacije in API-ji.
• mungos: Modeliranje in sheme MongoDB.
• Dotenv: Naložite spremenljivke okolja iz datoteke za upravljanje skrivnosti.
• Lodash: Uporabne funkcije za polja, objekte in drugo.
• Šala: Okvir za testiranje za preproste in zmogljive testne pakete.
• novice: Strežnik WebSocket za komunikacijo v realnem času.

Node.js v akciji: Praktični primeri in primeri uporabe

Izdelava spletnega strežnika

Node.js omogoča enostavno pisanje strežnikov HTTP. Tukaj je minimalen primer, ki se na zahteve odzove s sporočilom »Pozdravljen, svet!«:

const http = require('http');
const server = http.createServer((req, res) => {
  res.writeHead(200,  {'Content-Type': 'text/plain'});
  res.end('Hello, World!');
});
server.listen(3000, () => {
  console.log('Server running at http://localhost:3000/');
});

Neblokirajoče HTTP operacije

Želite simulirati dolgotrajno operacijo in ostati odziven? Poskusite setTimeout in poglejte, kako Node.js med "čakanjem" obravnava druge zahteve:

http.createServer((req, res) => {
  setTimeout(() => {
    res.end('Response after 2 seconds');
  }, 2000);
}).listen(3000);

Drugi uporabniki ne bodo imeli težav – Node lahko nove zahteve streže takoj.

Klepet v realnem času z uporabo spletnih vtičnic

const WebSocket = require('ws');
const server = new WebSocket.Server({ port: 8080 });
server.on('connection', (ws) => {
  ws.on('message', (message) => console.log(`Received: ${message}`));
  ws.send('Welcome to the chat!');
});

Ta delček kode prikazuje enostavno ustvarjanje osnovnega strežnika za klepet, kjer lahko odjemalci pošiljajo in prejemajo sporočila v realnem času – idealno za sodelovalne aplikacije, spletne igre ali podporo v živo.

Asinhrono programiranje Node.js: Obravnavanje povratnih klicev in obljub

Ker se Node.js močno zanaša na asinhrono kodo, boste pogosto uporabljali povratne klice – funkcije, ki se izvedejo, ko se operacija zaključi. Čeprav so povratni klici zmogljivi, lahko postanejo neurejeni, če so preveč globoko ugnezdeni (imenovani »pekel povratnih klicev«). Na srečo so nove jezikovne funkcije, kot sta Promises in async/await v sodobnem JavaScriptu, to precej poenostavile:

const fs = require('fs').promises;
(async () => {
  try {
    const data = await fs.readFile('file.txt', 'utf8');
    console.log(data);
  } catch (err) {
    console.error(err);
  }
})();
console.log('This will log first');

Sintaksa Async/await, ki je izvorno podprta v Node.js, omogoča, da je asinhrona koda enako berljiva kot običajna »sinhrona« koda , kar močno izboljša vzdrževanje.

Faze zanke dogodkov Node.js

Zanka dogodkov se v ozadju ciklično spreminja skozi več faz , da bi obravnavala vse naloge, ki jih mora Node.js učinkovito izvesti:

• Časovniki Faza: Izvaja povratne klice, ki jih je načrtoval setTimeout in setInterval.
• Čakajoči povratni klici: Obdeluje V/I dogodke, ki so bili odloženi.
• Mirovanje/Priprava: Večinoma interna uporaba Node.js.
• Faza ankete: Pridobi nove V/I dogodke in njihove povratne klice.
• Faza preverjanja: Teče setImmediate() povratne klice.
• Zapri povratne klice: Izvaja dogodke zaprtja virov, kot je »vtičnica zaprta«.

Tukaj je igriv primer kode za opazovanje časa:

console.log('Start');
setTimeout(() => {
  console.log('Timeout callback executed');
}, 0);
setImmediate(() => {
  console.log('Immediate callback executed');
});
console.log('End');

Presenetljivo je, da boste videli »Immediate callback executed« pred »Timeout callback executed«, tudi z ničelno zakasnitvijo. To je mehanika zanke dogodkov Node.js v delu!

Napredne funkcije: Spremljanje delovanja in skaliranje Node.js

Ko vaše aplikacije rastejo, je ključnega pomena možnost spremljanja in skaliranja. Node.js in njegov ekosistem ponujata zmogljiva orodja:

• Spremljanje zakasnitve zanke dogodkov: Orodja, kot so dogodki sledenja Node.js (--trace-event-categories) in napredne platforme, kot so N|Trdna olajšajo opazovanje ozkih grl ali težav z delovanjem.
• Posnetek kopice in profiliranje CPE-ja: Odpravite puščanje pomnilnika in težave z zmogljivostjo z uporabo vgrajene diagnostike Node.js ali nadzornih plošč N|Solid.
• Združevanje v gruče in podrejeni procesi: Node.js je morda v svojem jedru enonitni, vendar lahko uporabite modul gruče or child_process.fork() za izvajanje kode na več jedrih procesorja in uravnoteženje dohodnih zahtev strežnika.

Uradno upravljanje, izdaje in podpora skupnosti

Node.js upravlja fundacija OpenJS , sodelovalna skupina, ki zagotavlja upravljanje odprte kode. Node.js vsako leto izda novo različico; stabilne različice LTS (dolgoročna podpora) so priporočljive za večino produkcijskih uvedb in so podprte približno 30 mesecev. Skupnost je aktivna in živahna, z regionalnimi dogodki, konferencami in ogromnim ekosistemom sodelavcev po vsem svetu.

Izzivi in ​​omejitve: Katere so šibke točke Node.js?

Nobena tehnologija ni popolna in Node.js ni izjema. Na kaj morate biti pozorni:

• Omejitve enonitnega delovanja: Node.js ni najboljša možnost za zahtevne izračune, ki obremenjujejo CPU (kot sta upodabljanje videoposnetkov ali obdelava velikih količin podatkov) – tvegate zamrznitev zanke dogodkov. Za te delovne obremenitve je priporočljivo prenesti naloge na delovne niti ali razdeliti naloge med mikroservisi.
• Pekel povratnih klicev: Čeprav se je precej izboljšalo zaradi obljube in async/počakaj, lahko zapleteno gnezdenje povratnih klicev še vedno oteži odpravljanje napak v kompleksni kodi.
• Pomanjkanje močnega tipkanja: Node.js je napisan v JavaScriptu, ki privzeto ne vsiljuje tipov. Ekipe lahko to rešijo s TypeScriptom, ki ga Node.js (od različice 22.6.0) zdaj izvorno podpira.
• Hitre spremembe ekosistema: Hitrost razvoja knjižnic, ki temeljijo na vozliščih, in orodij za uporabniški vmesnik lahko oteži posodabljanje projektov. Pomembno je upoštevati priporočene prakse in spremljati spremembe odvisnosti.

Nastajajoči trendi: konkurenca in novi časi delovanja

Node.js ostaja najboljša izbira za full-stack JavaScript, vendar obstaja vznemirljiva konkurenca:

• Deno: Ustvaril izvirni avtor Node.js, DENO ponuja varno izvajalno okolje, ki temelji na TypeScriptu, in spreminja najboljše prakse za razvoj na strani strežnika.
• Žemlja: Sveže obraza dobro Izvajalno okolje se osredotoča na zmogljivost, hitro namestitev paketov in izboljšane JavaScript API-je. Njegova uporaba narašča, vendar zaenkrat Node.js zaradi zrelosti in obsega ekosistema še vedno prevladuje v profesionalnih uvajanjih.

Čeprav so te alternative obetavne, obsežna združljivost z npm in neprimerljiva podpora skupnosti zagotavljata, da je Node.js še vedno privzeta različica za večino produkcijskih aplikacij.

Varnost in uradni viri

Vedno prenesite Node.js iz uradnih virov, kot je nodejs.org , in se prepričajte, da uporabljate uradne npm pakete ali pakete zaupanja vrednih vzdrževalcev. Ekipa Node.js vzdržuje visoke standarde za svoje jedrne in npm-obsežne pakete, s čimer zagotavlja varnost vaših aplikacij. Za vprašanja ali podporo skupnosti vzdržujeta fundacija Node.js in OpenJS forume, Slack kanale, poštne sezname in celotno dokumentacijo na spletu.

Različice, LTS in najboljše prakse

Node.js ima discipliniran urnik izdaj, z večjo izdajo vsako leto in spremljajočimi cikli LTS. Uporaba različice LTS v produkciji je najboljša praksa za dolgoročno stabilnost . Redno preverjajte svojo različico Node.js in pregledujte dnevnike sprememb pri posodabljanju odvisnosti ali samega Node, še posebej, če se zanašate na najsodobnejše module.

Orodja za razvoj in podpora za integrirano razvojno okolje (IDE)

Vsi večji urejevalniki kode – vključno z VS Code, JetBrains WebStorm, Atom in spletnimi platformami, kot sta Replit ali Codeanywhere – ponujajo robustno podporo za urejanje, odpravljanje napak in povezovanje za projekte Node.js. Mnogi se neposredno integrirajo z npm, kar vam omogoča upravljanje odvisnosti in izvajanje skriptov znotraj vašega delovnega toka. Zmogljivo spremljanje izvajanja, diagnostika zanke dogodkov in orodja za odpravljanje napak so na voljo takoj, lahko pa uporabite napredne pakete za opazovanje, kot je N|Solid, za spremljanje in varnost v podjetju.

Sprejetje v industriji in moč skupnosti

Skupnost odprtokodne platforme Node.js je ogromna in gostoljubna, z več deset tisoč paketi, pripravljenimi za uporabo, in globalnimi srečanji, ki potekajo vse leto. Podjetja, tako raznolika kot Uber, Netflix, PayPal, LinkedIn, Walmart, NASA in srednje velika podjetja, izberejo Node.js za pogon skalabilnih, preizkušenih in visokozmogljivih aplikacij. Orodja za skupnost, priročniki za najboljše prakse in kanali za aktivne prispevke naredijo Node.js ekosistem, v katerega se lahko vsakdo hitro vključi in blesti.

Obvladovanje Node.js odpira vrata gradnji hitrih, zanesljivih in sodobnih zalednih sistemov z JavaScriptom – jezikom, ki ga verjetno že poznate. Zaradi dogodkovno vodene arhitekture, bogatega ekosistema npm in globalne priljubljenosti je vodilna izbira za oblikovanje prihodnosti spletnega razvoja in pogon številnih današnjih tehnoloških inovacij.