關於我

• 郭家寶/Carbo Kuo/BYVoid
• 清華大學計算機系本科生，現在大三
• 《Node.js開發指南》作者
• 清華大學開源鏡像維護者之一
• 語言學愛好者，簡化字反對者
• 我的網站 www.byvoid.com

Node.js是什麼

• 一個重新定義了JavaScript的平臺
• 一個打通了Web前端與後端開發隔膜的技術
• 一個完全基於事件驅動、非阻塞I/O的架構

總而言之，Node.js是一個讓JavaScript運行在瀏覽器之外的工具。

JavaScript是什麼

在過去，JavaScript因爲其運行效率低下和兼容性差而廣受詬病

而今天，它卻是運行最快的腳本語言之一，而且無處不見，擁有「Web時代的彙編語言」之稱

它是如何誕生的？

Netscape與LiveScript

這還要追溯到互聯網泡沫時代的Netscape公司

1995年，Netscape爲了使網頁更有動感，發明了LiveScript

同時，如日中天的Sun公司也在不遺餘力地推廣着Java Applet

在市場部門的干預之下，LiveScript就改名JavaScript了

Java……Script?

對外行來說，這個名字有着嚴重的誤導作用

儘管在StackOverflow上有人說「Java和JavaScript的關係，就像Car和Carpet的關係一樣]

我們還是可以看到這樣的景象：

JavaScript到底是什麼

正如混亂的瀏覽器兼容性問題一樣，JavaScript這個名字本身的含義就存在爭議：

Node.js與JavaScript

Node.js = Core JavaScript + Node Standard Library

沒有瀏覽器兼容性問題

基於世界上最快的JavaScript引擎——V8

Node.js標準庫包含了模塊引入、包管理、文件系統、網絡通信、操作系統API等核心JavaScript沒有實現的功能

Node.js使JavaScript不再是腳本語言世界的二等公民

Hello World

var http = require('http');
http.createServer(function(req, res) {
  res.writeHead(200, {'Content-Type': 'text/html'});
  res.write('<h1>Node.js</h1>');
  res.end('<p>Hello World</p>');
}).listen(3000);

Node.js REPL

Node.js提供了和Python類似的REPL(Read-Evaluation-Print-Loop)環境：

$ node
> for (var i = 0; i < 5; i++) {
... console.log('Hello ' + i);
... }
Hello 0
Hello 1
Hello 2
Hello 3
Hello 4
undefined

模塊機制

模塊(Module)是Node.js的基本組成部分，一個文件就是一個模塊

模塊可以是JavaScript代碼文件、JSON文件，或者編譯過的C++擴展

使用require函數可以加載一個模塊。

var http = require('http');
var os = require('os');
var fs = require('fs');
var vm = require('vm');
var child_process = require('child_process');

本地模塊

創建module.js，通過exports對象定義接口：

var name;
exports.setName = function(thyName) {
  name = thyName;
};
exports.sayHello = function() {
  console.log('Hello ' + name);
};

另一個文件中：

var myModule = require('./module');
myModule.setName('BYVoid');
myModule.sayHello(); // Hello BYVoid

Node.js包管理器 (npm)

獲取一個包，例如安裝express：

$ npm install express
express@3.0.3 node_modules/express
├── fresh@0.1.0
├── methods@0.0.1
├── range-parser@0.0.4
├── cookie-signature@0.0.1
├── cookie@0.0.5
├── crc@0.2.0
├── commander@0.6.1
├── debug@0.7.0
├── mkdirp@0.3.3
├── send@0.1.0 (mime@1.2.6)
└── connect@2.7.0 (pause@0.0.1, bytes@0.1.0, formidable@1.0.11, qs@0.5.1)

本地模式與全局模式

npm默認使用本地模式，即將包安裝到node_modules目錄中，而使用全局模式會將包安裝到系統目錄。

使用全局模式安裝一個包：

$ npm install -g less

異步I/O與事件式編程

如果Node.js僅僅是爲JavaScript包裝了一層運行時環境，它絕對沒有今天這麼火。 異步I/O與事件式編程模型纔是Node.js最大的特點。

同步I/O

res = db.query('SELECT * from some_table');
res.output();

異步I/O

db.query('SELECT * from some_table', function(res) {
  res.output();
});

同步與異步

程序執行I/O操作通常要花費很長時間，長達數十萬到數億個CPU指令週期。 因此操作系統和CPU通過中斷實現了異步的調度方式。

進程發起I/O請求時，操作系統會掛起進程，將CPU自由讓給其他工作的進程。 當I/O完成以後，操作系統會使進程繼續執行。 這種請求方式稱爲同步I/O或阻塞式I/O。

異步I/O與事件機制

異步I/O又叫非阻塞I/O。 指的是進程發起I/O請求以後就繼續執行其他指令，通過其他手段來獲得請求完成的通知。

「其他手段」可能是定期輪詢（如select），也可能是事件機制。 使用事件機制時，整個程序是一個事件循環，不斷檢查並執行事件隊列中尚未處理的事件。

事件與回調函數

當非阻塞的I/O發起時，進程不會阻塞，繼續執行事件的其他部分，然後進入事件循環處理其他事件。

異步I/O完成以後會以事件的形式加入事件隊列，等待進程以後進入事件循環時處理。

I/O完成以後的邏輯通過回調函數描述

db.query('SELECT * from some_table', function(res) {
  res.output();
});

回調函數

db.query('SELECT * from some_table', function(res) {
  res.output();
});

這段代碼又可以寫成：

db.query('SELECT * from some_table', afterSelect);
function afterSelect(res) {
  res.output();
});

並發模型

阻塞模式下，一個進程只能處理一項任務，哪怕只有一個CPU核，要想提高吞吐量也必須通過多線程。

非阻塞模式下，進程對一個CPU核的利用率永遠是100%，單個線程即可達到單核心的最高吞吐量。

對於多核CPU，阻塞模式需要使用大量線程，而非阻塞模式只需要與CPU核心數目相等的線程即可達到最大利用率。

阻塞式並發模型

非阻塞式並發模型

並發模型特點

回調函數的陷阱

使用回調函數的方法，很容易寫出這樣的代碼：

function func(callback) {
  fs.readFile('1.txt', 'utf-8', function (err, contents1) {
    if (err) return callback(err);
    fs.readFile('2.txt', 'utf-8', function (err, contents2) {
      if (err) return callback(err);
      fs.writeFile('3.txt', contents1 + contents2, function (err) {
        if (err) return callback(err);
        callback();
      });
    });
  });
}

Callback Pyramids

Continuation Passing Style

這種通過回調函數進行顯式的控制流傳遞的代碼稱爲「Continuation Passing Style (CPS)」

CPS代碼通常使用嵌套的回調函數來組織，線性的邏輯被拆散到不同的回調函數中

然而，用CPS代碼來描述複雜的邏輯對人工來說，難寫、難調、難改

怎麼辦？

Continuation.js

Continuation.js是一個通過編譯的手段，將嵌套的回調函數平面化的工具。 通過它你可以像寫同步I/O的代碼一樣產生CPS的代碼。

• 無任何運行時依賴，無額外語法
• 兼容Node.js和瀏覽器JavaScript
• 兼容已有的嵌套回調函數風格的代碼
• 默認使用JIT運行，同時支持AOT編譯
• 支持I/O並行化

$ npm install -g continuation

Continuation.js

通過Continuation.js重寫前面的代碼：

function func(next) {
  try {
    fs.readFile('1.txt', 'utf-8', obtain(contents1);
    fs.readFile('2.txt', 'utf-8', obtain(contents2);
    fs.writeFile('3.txt', contents1 + contents2, obtain());
    next();
  } catch (err) {
    next(err);
  }
}

Continuation.js

使用Continuation.js，你還可以輕易寫出用異步難以描述的邏輯：

var fib = function () {
  var a = 0, current = 1;
  while (true) {
    var b = a;
    a = current;
    current = a + b;
    setTimeout(cont(), 1000);
    console.log(current);
  }
};
fib();

以上代碼是計算Fibonacci數列，每秒輸出一項。