Node.js 概述

簡介

Node是JavaScript語言的服務器運行環(huán)境。所謂“運行環(huán)境”有兩層意思：首先，JavaScript語言通過Node在服務器運行，在這個意義上，Node有點像JavaScript虛擬機；其次，Node提供大量工具庫，使得JavaScript語言與操作系統(tǒng)互動（比如讀寫文件、新建子進程），在這個意義上，Node又是JavaScript的工具庫。

Node內部采用Google公司的V8引擎，作為JavaScript語言解釋器；通過自行開發(fā)的libuv庫，調用操作系統(tǒng)資源。

安裝與更新

訪問官方網(wǎng)站nodejs.org了解安裝細節(jié)。

安裝完成以后，運行下面的命令，查看是否能正常運行。

$ node --version
# 或者
$ node -v

更新node.js版本，可以通過node.js的n模塊完成。

$ sudo npm install n -g
$ sudo n stable

上面代碼通過n模塊，將node.js更新為最新發(fā)布的穩(wěn)定版。

n模塊也可以指定安裝特定版本的node。

$ sudo n 0.10.21

版本管理工具nvm

如果想在同一臺機器，同時安裝多個版本的node.js，就需要用到版本管理工具nvm。

$ git clone https://github.com/creationix/nvm.git ~/.nvm
$ source ~/.nvm/nvm.sh

安裝以后，nvm的執(zhí)行腳本，每次使用前都要激活，建議將其加入~/.bashrc文件（假定使用Bash）。激活后，就可以安裝指定版本的Node。

# 安裝最新版本
$ nvm install node

# 安裝指定版本
$ nvm install 0.12.1

# 使用已安裝的最新版本
$ nvm use node

# 使用指定版本的node
$ nvm use 0.12

nvm也允許進入指定版本的REPL環(huán)境。

$ nvm run 0.12

如果在項目根目錄下新建一個.nvmrc文件，將版本號寫入其中，就只輸入nvm use命令即可，不再需要附加版本號。

下面是其他經常用到的命令。

# 查看本地安裝的所有版本
$ nvm ls

# 查看服務器上所有可供安裝的版本。
$ nvm ls-remote

# 退出已經激活的nvm，使用deactivate命令。
$ nvm deactivate

基本用法

安裝完成后，運行node.js程序，就是使用node命令讀取JavaScript腳本。

假定當前目錄有一個demo.js的腳本文件，運行時這樣寫。

node demo

// 或者

node demo.js

REPL環(huán)境

在命令行鍵入node命令，后面沒有文件名，就進入一個Node.js的REPL環(huán)境（Read–eval–print loop，"讀取-求值-輸出"循環(huán)），可以直接運行各種JavaScript命令。

$ node
> 1+1
2
>

如果使用參數(shù) --use_strict，則REPL將在嚴格模式下運行。

$ node --use_strict

REPL是Node.js與用戶互動的shell，各種基本的shell功能都可以在里面使用，比如使用上下方向鍵遍歷曾經使用過的命令。

特殊變量下劃線（_）表示上一個命令的返回結果。

> 1+1
2
> _+1
3

在REPL中，如果運行一個表達式，會直接在命令行返回結果。如果運行一條語句，就不會有任何輸出，因為語句沒有返回值。

> x = 1
1
> var x = 1

上面代碼的第二條命令，沒有顯示任何結果。因為這是一條語句，不是表達式，所以沒有返回值。

異步操作

Node采用V8引擎處理JavaScript腳本，最大特點就是單線程運行，一次只能運行一個任務。這導致Node大量采用異步操作（asynchronous opertion），即任務不是馬上執(zhí)行，而是插在任務隊列的尾部，等到前面的任務運行完后再執(zhí)行。

由于這種特性，某一個任務的后續(xù)操作，往往采用回調函數(shù)（callback）的形式進行定義。

var isTrue = function(value, callback) {
  if (value === true) {
    callback(null, "Value was true.");
  }
  else {
    callback(new Error("Value is not true!"));
  }
}

上面代碼就把進一步的處理，交給回調函數(shù)callback。

Node約定，如果某個函數(shù)需要回調函數(shù)作為參數(shù)，則回調函數(shù)是最后一個參數(shù)。另外，回調函數(shù)本身的第一個參數(shù)，約定為上一步傳入的錯誤對象。

var callback = function (error, value) {
  if (error) {
    return console.log(error);
  }
  console.log(value);
}

上面代碼中，callback的第一個參數(shù)是Error對象，第二個參數(shù)才是真正的數(shù)據(jù)參數(shù)。這是因為回調函數(shù)主要用于異步操作，當回調函數(shù)運行時，前期的操作早結束了，錯誤的執(zhí)行棧早就不存在了，傳統(tǒng)的錯誤捕捉機制try...catch對于異步操作行不通，所以只能把錯誤交給回調函數(shù)處理。

try {
  db.User.get(userId, function(err, user) {
    if(err) {
      throw err
    }
    // ...
  })
} catch(e) {
  console.log(‘Oh no!’);
}

上面代碼中，db.User.get方法是一個異步操作，等到拋出錯誤時，可能它所在的try...catch代碼塊早就運行結束了，這會導致錯誤無法被捕捉。所以，Node統(tǒng)一規(guī)定，一旦異步操作發(fā)生錯誤，就把錯誤對象傳遞到回調函數(shù)。

如果沒有發(fā)生錯誤，回調函數(shù)的第一個參數(shù)就傳入null。這種寫法有一個很大的好處，就是說只要判斷回調函數(shù)的第一個參數(shù)，就知道有沒有出錯，如果不是null，就肯定出錯了。另外，這樣還可以層層傳遞錯誤。

if(err) {
  // 除了放過No Permission錯誤意外，其他錯誤傳給下一個回調函數(shù)
  if(!err.noPermission) {
    return next(err);
  }
}

全局對象和全局變量

Node提供以下幾個全局對象，它們是所有模塊都可以調用的。

• global：表示Node所在的全局環(huán)境，類似于瀏覽器的window對象。需要注意的是，如果在瀏覽器中聲明一個全局變量，實際上是聲明了一個全局對象的屬性，比如var x = 1等同于設置window.x = 1，但是Node不是這樣，至少在模塊中不是這樣（REPL環(huán)境的行為與瀏覽器一致）。在模塊文件中，聲明var x = 1，該變量不是global對象的屬性，global.x等于undefined。這是因為模塊的全局變量都是該模塊私有的，其他模塊無法取到。

• process：該對象表示Node所處的當前進程，允許開發(fā)者與該進程互動。

• console：指向Node內置的console模塊，提供命令行環(huán)境中的標準輸入、標準輸出功能。

Node還提供一些全局函數(shù)。

• setTimeout()：用于在指定毫秒之后，運行回調函數(shù)。實際的調用間隔，還取決于系統(tǒng)因素。間隔的毫秒數(shù)在1毫秒到2,147,483,647毫秒（約24.8天）之間。如果超過這個范圍，會被自動改為1毫秒。該方法返回一個整數(shù)，代表這個新建定時器的編號。
• clearTimeout()：用于終止一個setTimeout方法新建的定時器。
• setInterval()：用于每隔一定毫秒調用回調函數(shù)。由于系統(tǒng)因素，可能無法保證每次調用之間正好間隔指定的毫秒數(shù)，但只會多于這個間隔，而不會少于它。指定的毫秒數(shù)必須是1到2,147,483,647（大約24.8天）之間的整數(shù)，如果超過這個范圍，會被自動改為1毫秒。該方法返回一個整數(shù)，代表這個新建定時器的編號。
• clearInterval()：終止一個用setInterval方法新建的定時器。
• require()：用于加載模塊。
• Buffer()：用于操作二進制數(shù)據(jù)。

Node提供兩個全局變量，都以兩個下劃線開頭。

• _filename：指向當前運行的腳本文件名。
• _dirname：指向當前運行的腳本所在的目錄。

除此之外，還有一些對象實際上是模塊內部的局部變量，指向的對象根據(jù)模塊不同而不同，但是所有模塊都適用，可以看作是偽全局變量，主要為module, module.exports, exports等。

模塊化結構

概述

Node.js采用模塊化結構，按照CommonJS規(guī)范定義和使用模塊。模塊與文件是一一對應關系，即加載一個模塊，實際上就是加載對應的一個模塊文件。

require命令用于指定加載模塊，加載時可以省略腳本文件的后綴名。

var circle = require('./circle.js');
// 或者
var circle = require('./circle');

require方法的參數(shù)是模塊文件的名字。它分成兩種情況，第一種情況是參數(shù)中含有文件路徑（比如上例），這時路徑是相對于當前腳本所在的目錄，第二種情況是參數(shù)中不含有文件路徑，這時Node到模塊的安裝目錄，去尋找已安裝的模塊（比如下例）。

var bar = require('bar');

有時候，一個模塊本身就是一個目錄，目錄中包含多個文件。這時候，Node在package.json文件中，尋找main屬性所指明的模塊入口文件。

{
  "name" : "bar",
  "main" : "./lib/bar.js"
}

上面代碼中，模塊的啟動文件為lib子目錄下的bar.js。當使用require('bar')命令加載該模塊時，實際上加載的是./node_modules/bar/lib/bar.js文件。下面寫法會起到同樣效果。

var bar = require('bar/lib/bar.js')

如果模塊目錄中沒有package.json文件，node.js會嘗試在模塊目錄中尋找index.js或index.node文件進行加載。

模塊一旦被加載以后，就會被系統(tǒng)緩存。如果第二次還加載該模塊，則會返回緩存中的版本，這意味著模塊實際上只會執(zhí)行一次。如果希望模塊執(zhí)行多次，則可以讓模塊返回一個函數(shù)，然后多次調用該函數(shù)。

核心模塊

如果只是在服務器運行JavaScript代碼，用處并不大，因為服務器腳本語言已經有很多種了。Node.js的用處在于，它本身還提供了一系列功能模塊，與操作系統(tǒng)互動。這些核心的功能模塊，不用安裝就可以使用，下面是它們的清單。

• http：提供HTTP服務器功能。
• url：解析URL。
• fs：與文件系統(tǒng)交互。
• querystring：解析URL的查詢字符串。
• child_process：新建子進程。
• util：提供一系列實用小工具。
• path：處理文件路徑。
• crypto：提供加密和解密功能，基本上是對OpenSSL的包裝。

上面這些核心模塊，源碼都在Node的lib子目錄中。為了提高運行速度，它們安裝時都會被編譯成二進制文件。

核心模塊總是最優(yōu)先加載的。如果你自己寫了一個HTTP模塊，require('http')加載的還是核心模塊。

自定義模塊

Node模塊采用CommonJS規(guī)范。只要符合這個規(guī)范，就可以自定義模塊。

下面是一個最簡單的模塊，假定新建一個foo.js文件，寫入以下內容。

// foo.js

module.exports = function(x) {
    console.log(x);
};

上面代碼就是一個模塊，它通過module.exports變量，對外輸出一個方法。

這個模塊的使用方法如下。

// index.js

var m = require('./foo');

m("這是自定義模塊");

上面代碼通過require命令加載模塊文件foo.js（后綴名省略），將模塊的對外接口輸出到變量m，然后調用m。這時，在命令行下運行index.js，屏幕上就會輸出“這是自定義模塊”。

$ node index
這是自定義模塊

module變量是整個模塊文件的頂層變量，它的exports屬性就是模塊向外輸出的接口。如果直接輸出一個函數(shù)（就像上面的foo.js），那么調用模塊就是調用一個函數(shù)。但是，模塊也可以輸出一個對象。下面對foo.js進行改寫。

// foo.js

var out = new Object();

function p(string) {
  console.log(string);
}

out.print = p;

module.exports = out;

上面的代碼表示模塊輸出out對象，該對象有一個print屬性，指向一個函數(shù)。下面是這個模塊的使用方法。

// index.js

var m = require('./foo');

m.print("這是自定義模塊");

上面代碼表示，由于具體的方法定義在模塊的print屬性上，所以必須顯式調用print屬性。

異常處理

Node是單線程運行環(huán)境，一旦拋出的異常沒有被捕獲，就會引起整個進程的崩潰。所以，Node的異常處理對于保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行非常重要。

一般來說，Node有三種方法，傳播一個錯誤。

• 使用throw語句拋出一個錯誤對象，即拋出異常。
• 將錯誤對象傳遞給回調函數(shù)，由回調函數(shù)負責發(fā)出錯誤。
• 通過EventEmitter接口，發(fā)出一個error事件。

try...catch結構

最常用的捕獲異常的方式，就是使用try...catch結構。但是，這個結構無法捕獲異步運行的代碼拋出的異常。

try {
  process.nextTick(function () {
    throw new Error("error");
  });
} catch (err) {
  //can not catch it
  console.log(err);
}

try {
  setTimeout(function(){
    throw new Error("error");
  },1)
} catch (err) {
  //can not catch it
  console.log(err);
}

上面代碼分別用process.nextTick和setTimeout方法，在下一輪事件循環(huán)拋出兩個異常，代表異步操作拋出的錯誤。它們都無法被catch代碼塊捕獲，因此catch代碼塊所在的那部分已經運行結束了。

一種解決方法是將錯誤捕獲代碼，也放到異步執(zhí)行。

function async(cb, err) {
  setTimeout(function() {
    try {
      if (true)
        throw new Error("woops!");
      else
        cb("done");
    } catch(e) {
      err(e);
    }
  }, 2000)
}

async(function(res) {
  console.log("received:", res);
}, function(err) {
  console.log("Error: async threw an exception:", err);
});
// Error: async threw an exception: Error: woops!

上面代碼中，async函數(shù)異步拋出的錯誤，可以同樣部署在異步的catch代碼塊捕獲。

這兩種處理方法都不太理想。一般來說，Node只在很少場合才用try/catch語句，比如使用JSON.parse解析JSON文本。

回調函數(shù)

Node采用的方法，是將錯誤對象作為第一個參數(shù)，傳入回調函數(shù)。這樣就避免了捕獲代碼與發(fā)生錯誤的代碼不在同一個時間段的問題。

fs.readFile('/foo.txt', function(err, data) {
  if (err !== null) throw err;
  console.log(data);
});

上面代碼表示，讀取文件foo.txt是一個異步操作，它的回調函數(shù)有兩個參數(shù)，第一個是錯誤對象，第二個是讀取到的文件數(shù)據(jù)。如果第一個參數(shù)不是null，就意味著發(fā)生錯誤，后面代碼也就不再執(zhí)行了。

下面是一個完整的例子。

function async2(continuation) {
  setTimeout(function() {
    try {
      var res = 42;
      if (true)
        throw new Error("woops!");
      else
        continuation(null, res); // pass 'null' for error
    } catch(e) {
      continuation(e, null);
    }
  }, 2000);
}

async2(function(err, res) {
  if (err)
    console.log("Error: (cps) failed:", err);
  else
    console.log("(cps) received:", res);
});
// Error: (cps) failed: woops!

上面代碼中，async2函數(shù)的回調函數(shù)的第一個參數(shù)就是一個錯誤對象，這是為了處理異步操作拋出的錯誤。

EventEmitter接口的error事件

發(fā)生錯誤的時候，也可以用EventEmitter接口拋出error事件。

var EventEmitter = require('events').EventEmitter;
var emitter = new EventEmitter();

emitter.emit('error', new Error('something bad happened'));

使用上面的代碼必須小心，因為如果沒有對error事件部署監(jiān)聽函數(shù)，會導致整個應用程序崩潰。所以，一般總是必須同時部署下面的代碼。

emitter.on('error', function(err) {
  console.error('出錯：' + err.message);
});

uncaughtException事件

當一個異常未被捕獲，就會觸發(fā)uncaughtException事件，可以對這個事件注冊回調函數(shù)，從而捕獲異常。

process.on('uncaughtException', function(err) {
  console.error('Error caught in uncaughtException event:', err);
});

try {
  setTimeout(function(){
    throw new Error("error");
  },1)
} catch (err) {
  //can not catch it
  console.log(err);
}

只要給uncaughtException配置了回調，Node進程不會異常退出，但異常發(fā)生的上下文已經丟失，無法給出異常發(fā)生的詳細信息。而且，異常可能導致Node不能正常進行內存回收，出現(xiàn)內存泄露。所以，當uncaughtException觸發(fā)后，最好記錄錯誤日志，然后結束Node進程。

process.on('uncaughtException', function(err) {
  logger(err);
  process.exit(1);
});

unhandledRejection事件

iojs有一個unhandledRejection事件，用來監(jiān)聽沒有捕獲的Promise對象的rejected狀態(tài)。

var promise = new Promise(function(resolve, reject) {
  reject(new Error("Broken."));
});

promise.then(function(result) {
  console.log(result);
})

上面代碼中，promise的狀態(tài)變?yōu)閞ejected，并且拋出一個錯誤。但是，不會有任何反應，因為沒有設置任何處理函數(shù)。

只要監(jiān)聽unhandledRejection事件，就能解決這個問題。

process.on('unhandledRejection', function (err, p) {
  console.error(err.stack);
})

需要注意的是，unhandledRejection事件的監(jiān)聽函數(shù)有兩個參數(shù)，第一個是錯誤對象，第二個是產生錯誤的promise對象。這可以提供很多有用的信息。

var http = require('http');

http.createServer(function (req, res) {
  var promise = new Promise(function(resolve, reject) {
    reject(new Error("Broken."))
  })

  p.info = {url: req.url}
}).listen(8080)

process.on('unhandledRejection', function (err, p) {
  if (p.info && p.info.url) {
    console.log('Error in URL', p.info.url)
  }
  console.error(err.stack)
})

上面代碼會在出錯時，輸出用戶請求的網(wǎng)址。

Error in URL /testurl
Error: Broken.
  at /Users/mikeal/tmp/test.js:9:14
  at Server.<anonymous> (/Users/mikeal/tmp/test.js:4:17)
  at emitTwo (events.js:87:13)
  at Server.emit (events.js:169:7)
  at HTTPParser.parserOnIncoming [as onIncoming] (_http_server.js:471:12)
  at HTTPParser.parserOnHeadersComplete (_http_common.js:88:23)
  at Socket.socketOnData (_http_server.js:322:22)
  at emitOne (events.js:77:13)
  at Socket.emit (events.js:166:7)
  at readableAddChunk (_stream_readable.js:145:16)

命令行腳本

node腳本可以作為命令行腳本使用。

$ node foo.js

上面代碼執(zhí)行了foo.js腳本文件。

foo.js文件的第一行，如果加入了解釋器的位置，就可以將其作為命令行工具直接調用。

#!/usr/bin/env node

調用前，需更改文件的執(zhí)行權限。

$ chmod u+x myscript.js
$ ./foo.js arg1 arg2 ...

作為命令行腳本時，console.log用于輸出內容到標準輸出，process.stdin用于讀取標準輸入，child_process.exec()用于執(zhí)行一個shell命令。

參考鏈接

• Cody Lindley, Package Managers: An Introductory Guide For The Uninitiated Front-End Developer
• Stack Overflow, What is Node.js?
• Andrew Burgess, Using Node's Event Module
• James Halliday, task automation with npm run- Romain Prieto, Working on related Node.js modules locally
• Alon Salant, Export This: Interface Design Patterns for Node.js Modules
• Node.js Manual & Documentation, Modules
• Brent Ertz, Creating and publishing a node.js module
• Fred K Schott, "npm install --save" No Longer Using Tildes
• Satans17, Node穩(wěn)定性的研究心得
• Axel Rauschmayer, Write your shell scripts in JavaScript, via Node.js