Node.js

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Node.js採用了Google Chrome瀏覽器的V8引擎，性能很好，同時還提供了很多系統級的API，如文件操作、網絡編程等。瀏覽器端的Javascript代碼在運行時會受到各種安全性的限制，對客戶系統的操作有限。相比之下，Node.js則是一個全面的後臺運行時，爲Javascript提供了其他語言能夠實現的許多功能。

Node.js採用事件驅動、異步編程，爲網絡服務而設計

事件驅動這個詞並不陌生，在某些傳統語言的網絡編程中，我們會用到回調函數，比如當socket資源達到某種狀態時，註冊的回調函數就會執行。Node.js的設計思想中以事件驅動爲核心，它提供的絕大多數API都是基於事件的、異步的風格。以Net模塊爲例，其中的net.Socket對象就有以下事件：connect、data、end、timeout、drain、error、close等，使用Node.js的開發人員需要根據自己的業務邏輯註冊相應的回調函數。這些回調函數都是異步執行的，這意味着雖然在代碼結構中，這些函數看似是依次註冊的，但是它們並不依賴於自身出現的順序，而是等待相應的事件觸發。事件驅動、異步編程的設計（感興趣的讀者可以查閱筆者的另一篇文章《Node .js的異步編程風格》），重要的優勢在於，充分利用了系統資源，執行代碼無須阻塞等待某種操作完成，有限的資源可以用於其他的任務。此類設計非常適合於後端的網絡服務編程，Node.js的目標也在於此。在服務器開發中，併發的請求處理是個大問題，阻塞式的函數會導致資源浪費和時間延遲。通過事件註冊、異步函數，開發人員可以提高資源的利用率，性能也會改善。

從Node.js提供的支持模塊中，我們可以看到包括文件操作在內的許多函數都是異步執行的，這和傳統語言存在區別，而且爲了方便服務器開發，Node.js的網絡模塊特別多，包括HTTP、DNS、NET、UDP、HTTPS、TLS等，開發人員可以在此基礎上快速構建Web服務器。以簡單的helloworld.js爲例：

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");

上面的代碼搭建了一個簡單的http服務器（運行示例部署在http ://helloworld .cnodejs .net /中，讀者可以訪問），在本地監聽80端口，對於任意的http請求，服務器都返回一個頭部狀態碼爲200、Content-Type'值爲text/plain'的”Hello World“文字響應。從這個小例子中，我們可以看出幾點：

Node.js的網絡編程比較便利，提供的模塊（在這裏是http）開放了容易上手的API接口，短短几行代碼就可以構建服務器。
體現了事件驅動、異步編程，在createServer函數的參數中指定了一個回調函數（採用Javascript的匿名函數實現），當有http請求發送過來時，Node.js就會調用該回調函數來處理請求並響應。當然，這個例子相對簡單，沒有太多的事件註冊，在以後的文章中讀者會看到更多的實際例子。

Node.js的特點

下面我們來說說Node.js的特點。事件驅動、異步編程的特點剛纔已經詳細說過了，這裏不再重複。

Node.js的性能不錯。按照創始人Ryan Dahl的說法，性能是Node.js考慮的重要因素，選擇C++和V8而不是Ruby或者其他的虛擬機也是基於性能的目的。Node.js在設計上也是比較大膽，它以單進程、單線程模式運行（很吃驚，對吧？這和Javascript的運行方式一致），事件驅動機制是Node.js通過內部單線程高效率地維護事件循環隊列來實現的，沒有多線程的資源佔用和上下文切換，這意味着面對大規模的http請求，Node.js憑藉事件驅動搞定一切，習慣了傳統語言的網絡服務開發人員可能對多線程併發和協作非常熟悉，但是面對Node.js，我們需要接受和理解它的特點。由此我們是否可以推測出這樣的設計會導致負載的壓力集中在CPU（事件循環處理？）而不是內存（還記得Java虛擬機拋出OutOfMemory異常的日子嗎？），眼見爲實，不如來看看淘寶共享數據平臺團隊對Node.js的性能測試：

物理機配置：RHEL 5.2、CPU 2.2GHz、內存4G
Node.js應用場景：MemCache代理，每次取100字節數據
連接池大小：50
併發用戶數：100
測試結果（socket模式）：內存（30M）、QPS（16700）、CPU（95%）

從上面的結果，我們可以看到在這樣的測試場景下，qps能夠達到16700次，內存僅佔用30M（其中V8堆佔用22M），CPU則達到95%，可能成爲瓶頸。此外，還有不少實踐者對Node.js做了性能分析，總的來說，它的性能讓人信服，也是受歡迎的重要原因。既然Node.js採用單進程、單線程模式，那麼在如今多核硬件流行的環境中，單核性能出色的Node.js如何利用多核CPU呢？創始人Ryan Dahl建議，運行多個Node.js進程，利用某些通信機制來協調各項任務。目前，已經有不少第三方的Node.js多進程支持模塊發佈，專欄後面的文章會詳細講述Node.js在多核CPU下的編程。

Node.js的另一個特點是它支持的編程語言是Javascript。關於動態語言和靜態語言的優缺點比較在這裏不再展開討論。只說三點：

Javascript作爲前端工程師的主力語言，在技術社區中有相當的號召力。而且，隨着Web技術的不斷髮展，特別是前端的重要性增加，不少前端工程師開始試水”後臺應用“，在許多采用Node.js的企業中，工程師都表示因爲習慣了Javascript，所以選擇Node.js。
Javascript的匿名函數和閉包特性非常適合事件驅動、異步編程，從helloworld例子中我們可以看到回調函數採用了匿名函數的形式來實現，很方便。閉包的作用則更大，看下面的代碼示例：
```
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
   });
});
```
在上面的代碼中，我們需要在end事件中處理responseHTML變量，由於Javascript的閉包特性，我們可以在兩個回調函數之外定義responseHTML變量，然後在data事件對應的回調函數中不斷修改其值，並最終在end事件中訪問處理。
Javascript在動態語言中性能較好，有開發人員對Javacript、Python、Ruby等動態語言做了性能分析，發現Javascript的性能要好於其他語言，再加上V8引擎也是同類的佼佼者，所以Node.js的性能也受益其中。

Node.js發展簡史

2009年2月，Ryan Dahl在博客上宣佈準備基於V8創建一個輕量級的Web服務器並提供一套庫。

2009年5月，Ryan Dahl在GitHub上發佈了最初版本的部分Node.js包，隨後幾個月裏，有人開始使用Node.js開發應用。

2009年11月和2010年4月，兩屆JSConf大會都安排了Node.js的講座。

2010年年底，Node.js獲得雲計算服務商Joyent資助，創始人Ryan Dahl加入Joyent全職負責Node.js的發展。

2011年7月，Node.js在微軟的支持下發布Windows版本。

Node.js應用案例

雖然Node.js誕生剛剛兩年多，但是其發展勢頭逐漸趕超Ruby/Rails，我們在這裏列舉了部分企業應用Node.js的案例，聽聽來自客戶的聲音。

在社交網站LinkedIn最新發布的移動應用中，NodeJS是該移動應用的後臺基礎。LinkedIn移動開發主管Kiran Prasad對媒體表示，其整個移動軟件平臺都由NodeJS構建而成：

LinkedIn內部使用了大量的技術，但是在移動服務器這一塊，我們完全基於Node。

（使用它的原因）第一，是因爲其靈活性。第二，如果你瞭解Node，就會發現它最擅長的事情是與其他服務通信。移動應用必須與我們的平臺API和數據庫交互。我們沒有做太多數據分析。相比之前採用的Ruby on Rails技術，開發團隊發現Node在性能方面提高很多。他們在每臺物理機上跑了15個虛擬服務器（15個實例），其中4個實例即可處理雙倍流量。容量評估基於負載測試的結果。

企業社會化服務網站Yammer則利用Node創建了針對其自身平臺的跨域代理服務器，第三方的開發人員可以通過該服務器實現從自身域託管的Javascript代碼與Yammer平臺API的AJAX通信。Yammer平臺技術主管Jim Patterson對Node的優點和缺點提出了自己的看法：

（優點）因爲Node是基於事件驅動和無阻塞的，所以非常適合處理併發請求，因此構建在Node上的代理服務器相比其他技術實現（如Ruby）的服務器表現要好得多。此外，與Node代理服務器交互的客戶端代碼是由javascript語言編寫的，因此客戶端和服務器端都用同一種語言編寫，這是非常美妙的事情。

（缺點）Node是一個相對新的開源項目，所以不太穩定，它總是一直在變，而且缺少足夠多的第三方庫支持。看起來，就像是Ruby/Rails當年的樣子。

知名項目託管網站GitHub也嘗試了Node應用。該Node應用稱爲NodeLoad，是一個存檔下載服務器（每當你下載某個存儲分支的tarball或者zip文件時就會用到它）。GitHub之前的存檔下載服務器採用Ruby編寫。在舊系統中，下載存檔的請求會創建一個Resque任務。該任務實際上在存檔服務器上運行一個git archive命令，從某個文件服務器中取出數據。然後，初始的請求分配給你一個小型Ruby Sinatra應用等待該任務。它其實只是在檢查memcache flag是否存在，然後再重定向到最終的下載地址上。舊系統運行大約3個Sinatra實例和3個Resque worker。GitHub的開發人員覺得這是Node應用的好機會。Node基於事件驅動，相比Ruby的阻塞模型，Node能夠更好地處理git存檔。在編寫新下載服務器過程中，開發人員覺得Node非常適合該功能，此外，他們還裏利用了Node庫socket.io來監控下載狀態。

不僅在國外，Node的優點也同樣吸引了國內開發人員的注意，淘寶就實際應用了Node技術：

MyFOX 是一個數據處理中間件，負責從一個MySQL集羣中提取數據、計算並輸出統計結果。用戶提交一段SQL語句，MyFOX根據該SQL命令的語義，生成各個數據庫分片所需要執行的查詢語句，併發送至各個分片，再將結果進行彙總和計算。 MyFOX的特點是CPU密集，無文件IO，並只處理只讀數據。起初MyFOX使用PHP編寫，但遇到許多問題。例如PHP是單線程的，MySQL又需要阻塞查詢，因此很難併發請求數據，後來的解決方案是使用nginx和dirzzle，並基於HTTP協議實現接口，並通過curl_multi_get命令進行請求。不過MyFOX項目組最終還是決定使用Node.js來實現MyFOX。

選擇Node.js有許多方面的原因，比如考慮了興趣及社區發展，同時也希望可以提高併發能力，榨乾CPU。例如，頻繁地打開和關閉連接會讓大量端口處於等待狀態，當併發數量上去之後，時常會因爲端口不夠用（處於TIME_WAIT狀態）而導致連接失敗。之前往往是通過修改系統設置來減少等待時間以繞開這個錯誤，然而使用連接池便可以很好地解決這個問題。此外，以前MyFOX會在某些緩存失效的情況下出現十分密集的訪問壓力，使用 Node.js便可以共享查詢狀態，讓某些請求“等待片刻”，以便系統重新填充緩存內容。