Node.js隨手筆記（一）：node簡介與模塊系統

Node.js簡介

首先從名字提及，網上查閱資料的時候會發現關於node的寫法五花八門，到底哪種寫法最標準呢？遵循官方網站的說法，一直將項目稱之爲「Node」或者「Node.js」。

簡單來講，Node就是運行在服務器端的JavaScript。

JavaScript是一門腳本語言（能夠用來編程的而且直接執行源代碼的語言，就是腳本語言），腳本語言都須要一個解析器才能運行。對於寫在html中的js，一般是由瀏覽器去解析執行。對於獨立執行的js代碼，則須要Node這個解析器解析執行。

每一種解析器就是一個運行環境，不但容許js定義各類數據結構，進行各類計算，還容許js使用運行環境提供的內置對象和方法作一些事情。例如運行在瀏覽器中的js的用途是操做DOM，瀏覽器提供了document之類的內置對象。而運行在node中的js的用途是操做磁盤文件或搭建HTTP服務器，node就相應提供了fs、http等內置對象。

Node不是js應用，而是js的運行環境。

看到Node.js這個名字，可能會誤覺得這是一個JavaScript應用，事實上，node採用c++語言對Google V8引擎進行了封裝，是一個JavaScript運行環境。V8引擎執行JavaScript的速度很是快，性能也很是好。node是一個讓開發者能夠快速建立網絡應用的服務端JavaScript平臺，同時運用JavaScript進行前端與後端編程，從而開發者能夠更專一於系統的設計以及保持其一致性。

// 快速構建服務器
const http = require('http')
http.createServer((req,res)=>{
    res.writeHead(200, {'Content-Type': 'text/plain'})
    res.end('hello World!')
}).listen(8088)

$ node helloWorld.js

Node採用事件驅動、異步編程

node的設計思想以事件驅動爲核心，它提供的絕大多數API都是基於事件的、異步的風格。開發者須要根據本身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，可是它們並不依賴自身出現的順序，而是等待相應的事件觸發。

在服務器開發中，併發的請求處理是個大問題，阻塞式的函數會致使資源浪費和時間延遲。經過事件註冊、異步函數，開發者能夠充分利用系統資源，執行代碼無須阻塞等待，有限的資源能夠用於其餘的任務。

Node以單進程、單線程模式運行

這點和JavaScript的運行方式一致，事件驅動機制是node經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憑藉事件驅動搞定一切。由此咱們是否能夠推測這樣的設計會致使負載的壓力集中在CPU（事件循環處理？）而不是內存。淘寶共享數據平臺團隊對node的性能測試：

• 物理機配置：RHEL 5.二、CPU 2.2GHz、內存4G
• Node.js應用場景：MemCache代理，每次取100字節數據
• 鏈接池大小：50
• 併發用戶數：100
• 測試結果（socket模式）：內存（30M）、QPS（16700）、CPU（95%）

眼見爲實，雖然看不太懂這些測試數據，可是最終測試結果是：它的性能讓人信服。

Node.js模塊系統

爲了讓Node.js的文件能夠相互調用，Node.js提供了一個簡單的模塊系統。模塊系統是Node組織管理代碼的利器也是調用第三方代碼的途徑。

模塊是Node應用程序的基本組成部分，文件和模塊是一一對應的。換言之，一個 Node.js 文件就是一個模塊，這個文件多是JavaScript 代碼、JSON 或者編譯過的C/C++ 擴展。

理想狀況下，開發者只須要實現核心的業務邏輯，其餘均可以加載別人已經寫好的模塊。可是，

• JavaScript沒有模塊系統。沒有原生的支持密閉做用域或依賴管理。
• JavaScript沒有標準庫。除了一些核心庫外，沒有文件系統的API，沒有IO流API等。
• JavaScript沒有標準接口。沒有如Web Server或者數據庫的統一接口。
• JavaScript沒有包管理系統。不能自動加載和安裝依賴。

要想實現模塊化編程首先須要解決的問題是，命名衝突以及文件依賴問題。

CommonJS規範

因而便有了CommonJS規範的出現，其目標是爲了構建JavaScript在包括web服務器，桌面，命令行工具，以及瀏覽器方面的生態系統。CommonJS制定瞭解決這些問題的一些規範，而node就是這些規範的一種實現。node自身實現了require方法做爲其引入模塊的方法，同時npm也基於CommonJS定義的包規範，實現了依賴管理和模塊自動安裝等功能。

Node中模塊分類

原生模塊

原生模塊即爲Node API提供的核心模塊（如：os、http、fs、buffer、path等模塊），原生模塊在node源代碼編譯的時候編譯進了二進制執行文件，加載的速度最快。

const http = require('http');

文件模塊

爲動態加載模塊，動態加載的模塊主要由原生模塊module來實現和完成。原生模塊在啓動時已經被加載，而文件模塊須要經過調用module的require方法來實現加載。

首先定義一個文件模塊，以計算圓形的面積和周長兩個方法爲例：

const PI = Math.PI;
exports.area = (r) => {
    return PI * r * r;
};
exports.circumference = (r) => {
    return 2 * PI * r;
};

將這個文件存爲circle.js，並新建一個app.js文件，並寫入如下代碼：

// 調用文件模塊必須指定路徑，不然會報錯
const circle = require('./circle.js');
console.log( 'The area of a circle of radius 4 is ' + circle.area(4));

在require了這個文件以後，定義在exports對象上的方法即可以隨意調用。

包管理

Node Packaged Modules 簡稱NPM，是隨同node一塊兒安裝的包管理工具。Node自己提供了一些基本API模塊，可是這些基本模塊難以知足開發者需求。Node須要經過使用NPM來管理開發者自我研發的一些模塊，並使其可以公用與其餘的開發者。

NPM創建了一個node生態圈，node開發者和用戶能夠在裏邊互通有無。當你須要下載第三方包時，首先要知道有哪些包可用 npmjs.com 提供了能夠根據包名來搜索的平臺。知道包名後就可使用命令去安裝了。

npm -v // 測試是否安裝成功。

npm的經常使用命令行代碼：

1. npm install moduleNames

   npm install moduleNames -g  // 全局安裝
   
   npm install moduleNames@2.0.0   // 安裝特定版本依賴
   
   npm install moduleNames --save  // --save 可簡寫爲 -S
   // 會在package.json的dependencies屬性下添加moduleNames依賴 即生產依賴插件
   
   npm install moduleNames --save-dev  // --save-dev 可簡寫爲 -D
   // 會在package.json的devDependencies屬性下添加moduleNames依賴 即開發依賴插件

2. 卸載模塊

   npm uninstall moduleNames

3. 更新模塊

   npm update moduleNames

4. 搜索模塊

   npm search moduleNames

5. 切換模板倉庫源：

   npm config set registry https://registry.npm.taobao.org/
   
   npm config get registry // 執行驗證是否切換成功

在NPM服務器上發佈本身的包

第一次使用NPM發佈本身的包須要在 npmjs.com 註冊一個帳號。也可使用命令 npm adduser，提示輸入帳號，密碼和郵箱，而後將提示建立成功('Logged in as Username on https://registry.npmjs.org/.')。

輸入npm init命令，根據提示配置包的相關信息，生成相應的package.json。npm命令運行時會讀取當前目錄的 package.json 文件和解釋這個文件

經過npm publish發包，包的名稱和版本就是你項目裏package.json的name和vision。此處注意：

• name不能和已有包的名字重名。
• name不能有大寫字母/空格/下劃線。
• 不想發佈到npm上的代碼文件將它寫入.gitignore或.npmignore中再上傳。
• 更新包和發佈包的命令同樣，可是每次更新別忘記修改包的版本。

模塊初始化

一個模塊中的JavaScript代碼僅在模塊第一次被使用時執行一次，並在執行過程當中初始化模塊的導出對象。以後，緩存起來的導出對象被重複利用。其中原生模塊都被定義在lib這個目錄下面，文件模塊則不定性。

模塊加載的優先級

模塊加載的優先級：已經緩存模塊 > 原生模塊 > 文件模塊 > 從文件加載

儘管require方法很簡單，可是內部的加載倒是十分複雜的
，其加載優先級也各自不一樣。以下圖示：

模塊加載策略

從原生模塊加載

原生模塊的優先級僅次於文件模塊緩存的優先級。require方法在解析文件名以後，優先檢查模塊是否在原生模塊列表中。

原生模塊也有一個緩存區，一樣也是優先從緩存區加載。若是緩存區沒有被加載過，則調用原生模塊的加載方式進行加載和執行。

從文件加載

實際上，在文件模塊中又分爲三類模塊，之後綴爲區分，node會根據後綴名來決定加載方法。

• .js 經過fs模塊同步讀取js文件並編譯執行。
• .node 經過c/c++進行編寫的Addon。經過dlopen方法進行加載。
• .json 讀取文件，調用JSON.parse解析加載。

當文件模塊緩存中不存在，並且也不是原生模塊的時候，node會解析require方法傳入的參數，並從文件系統中加載實際的文件。

加載文件模塊的工做主要有原生模塊module來實現和完成，該原生模塊在啓動時已經被加載，進程直接調用到runMain靜態方法。

Module.runMain = function () {
    Module._load(process.argv[1], null, true);
};

_load靜態方法在分析文件名以後執行

var module = new Module(id, parent);

並根據文件路徑緩存當前模塊對象，該模塊實例對象則根據文件名加載。

module.load(filename);

以.js後綴的文件爲例，node在編譯js文件的過程當中實際完成的步驟是對js文件內容進行頭尾包裝。例如剛纔的app.js，在包裝以後變成這個樣子：

(function (exports, require, module, __filename, __dirname) {
    var circle = require('./circle.js');
    console.log('The area of a circle of radius 4 is ' + circle.area(4));
});

這段代碼擁有明確的上下文，不污染全局，返回爲一個具體的function對象。最後傳入module對象的exports,require方法，module,文件名，目錄名做爲實參並執行。

這就是爲何require並有定義在app.js文件中，可是這個方法卻存在的緣由。在這個主文件中，能夠經過require方法去引入其他的模塊。而其實這個require方法實際調用的就是load方法。

load方法在載入、編譯、緩存了module後，返回module的exports對象。這就是circle.js文件中只有定義在exports對象上的方法才能被外部調用的緣由。

以上所描述的模塊載入機制均定義在module模塊之中。

文件模塊加載過程當中的路徑分析

require方法接受如下幾種參數的傳遞：

• http、fs、path等，原生模塊。
• ./mod或../mod，相對路徑的文件模塊。
• /pathtomodule/mod， 絕對路徑的文件模塊。
• mod，非原生模塊的文件模塊。

在進入路徑查找以前有必要描述如下module path這個node中的概念。對於每個被加載的文件模塊，建立這個模塊對象的時候，這個模塊便會有一個paths屬性，它的值根據當前文件的路徑計算獲得。

例：
咱們建立modulepath.js這樣一個文件，其內容爲：

console.log(module.paths);

執行node modulepath.js，將獲得如下的輸出結果：

[ '/Users/zhaoyunlong/Node/demo/node_modules',
  '/Users/zhaoyunlong/Node/node_modules',
  '/Users/zhaoyunlong/node_modules',
  '/Users/node_modules',
  '/node_modules' ]

Windows下：

[ 'E:\\Extra\\miniprogram\\gm-xcc-demo\\gm-demo\\node_modules',
  'E:\\Extra\\miniprogram\\gm-xcc-demo\\node_modules',
  'E:\\Extra\\miniprogram\\node_modules',
  'E:\\Extra\\node_modules',
  'E:\\node_modules' ]

能夠看出module path的生成規則爲：從當前文件目錄開始查找node_modules目錄；而後依次進入父目錄，查找父目錄的node_modules目錄；依次迭代，直到根目錄下的node_modules目錄。

除此以外還有一個全局module path，是當前node執行文件的相對目錄(../../lib/node)。若是在環境變量中設置了HOME目錄和NODE_PATH目錄的話，整個路徑還包含NODE_PATH和HOME目錄下的.node_libraries與.node_modules。其最終值大體以下：

[ NODE_PATH，HOME/.node_modules，HOME/.node_libraries，execPath/../../lib/node ]

簡單說就是，若是require絕對路徑的文件，查找時不會去遍歷每個node_modules目錄，其速度最快。其他流程以下：

1. 從module path 數組中取出第一個目錄做爲查找基準。
2. 直接從目錄中查找該文件，若是存在，則結束查找。若是不存在，則進行下一條查找。
3. 嘗試添加.js、.json、.node後綴後查找，若是存在文件，則結束。若是不存在，則進行下一條。
4. 嘗試將require的參數做爲一個包來進行查找，讀取目錄下的package.json文件，取得main參數指定的文件。
5. 嘗試查找該文件，若是存在，則結束查找。若是不存在則進行第3條查找。
6. 若是繼續失敗，則取出module path數組中的下一個目錄做爲基準查找，循環第1至5個步驟。
7. 若是繼續失敗，循環第1至6個步驟，直到module path中的最後一個值。
8. 若是仍然失敗，則拋出異常。

整個查找過程十分相似JavaScript原型鏈的查找和做用域的查找。不一樣的是node對路徑查找實現了緩存機制，不然每次判斷路徑都是同步阻塞式進行，會致使嚴重的性能消耗。