Node.js 概述

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简介

Node是JavaScript语言的服务器运行环境。

所谓“运行环境”有两层意思：首先，JavaScript语言通过Node在服务器运行，在这个意义上，Node有点像JavaScript虚拟机；其次，Node提供大量工具库，使得JavaScript语言与操作系统互动（比如读写文件、新建子进程），在这个意义上，Node又是JavaScript的工具库。

Node内部采用Google公司的V8引擎，作为JavaScript语言解释器；通过自行开发的libuv库，调用操作系统资源。

安装与更新

访问官方网站nodejs.org或者github.com/nodesource/distributions，查看Node的最新版本和安装方法。

官方网站提供编译好的二进制包，可以把它们解压到/usr/local目录下面。

$ tar -xf node-someversion.tgz

然后，建立符号链接，把它们加到$PATH变量里面的路径。

$ ln -s /usr/local/node/bin/node /usr/local/bin/node
$ ln -s /usr/local/node/bin/npm /usr/local/bin/npm

下面是Ubuntu和Debian下面安装Deb软件包的安装方法。

$ curl -sL https://deb.nodesource.com/setup_4.x | sudo -E bash -
$ sudo apt-get install -y nodejs

$ apt-get install nodejs

安装完成以后，运行下面的命令，查看是否能正常运行。

$ node --version
# 或者
$ node -v

更新node.js版本，可以通过node.js的n模块完成。

$ sudo npm install n -g
$ sudo n stable

上面代码通过n模块，将node.js更新为最新发布的稳定版。

n模块也可以指定安装特定版本的node。

$ sudo n 0.10.21

版本管理工具nvm

如果想在同一台机器，同时安装多个版本的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

安装以后，nvm的执行脚本，每次使用前都要激活，建议将其加入~/.bashrc文件（假定使用Bash）。激活后，就可以安装指定版本的Node。

# 安装最新版本
$ nvm install node

# 安装指定版本
$ nvm install 0.12.1

# 使用已安装的最新版本
$ nvm use node

# 使用指定版本的node
$ nvm use 0.12

nvm也允许进入指定版本的REPL环境。

$ nvm run 0.12

如果在项目根目录下新建一个.nvmrc文件，将版本号写入其中，就只输入nvm use命令即可，不再需要附加版本号。

下面是其他经常用到的命令。

# 查看本地安装的所有版本
$ nvm ls

# 查看服务器上所有可供安装的版本。
$ nvm ls-remote

# 退出已经激活的nvm，使用deactivate命令。
$ nvm deactivate

基本用法

安装完成后，运行node.js程序，就是使用node命令读取JavaScript脚本。

当前目录的demo.js脚本文件，可以这样执行。

$ node demo
# 或者
$ node demo.js

使用-e参数，可以执行代码字符串。

$ node -e 'console.log("Hello World")'
Hello World

REPL环境

在命令行键入node命令，后面没有文件名，就进入一个Node.js的REPL环境（Read–eval–print loop，”读取-求值-输出”循环），可以直接运行各种JavaScript命令。

$ node
> 1+1
2
>

如果使用参数 –use_strict，则REPL将在严格模式下运行。

$ node --use_strict

REPL是Node.js与用户互动的shell，各种基本的shell功能都可以在里面使用，比如使用上下方向键遍历曾经使用过的命令。

特殊变量下划线（_）表示上一个命令的返回结果。

> 1 + 1
2
> _ + 1
3

在REPL中，如果运行一个表达式，会直接在命令行返回结果。如果运行一条语句，就不会有任何输出，因为语句没有返回值。

> x = 1
1
> var x = 1

上面代码的第二条命令，没有显示任何结果。因为这是一条语句，不是表达式，所以没有返回值。

异步操作

Node采用V8引擎处理JavaScript脚本，最大特点就是单线程运行，一次只能运行一个任务。这导致Node大量采用异步操作（asynchronous opertion），即任务不是马上执行，而是插在任务队列的尾部，等到前面的任务运行完后再执行。

由于这种特性，某一个任务的后续操作，往往采用回调函数（callback）的形式进行定义。

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

上面代码就把进一步的处理，交给回调函数callback。

Node约定，如果某个函数需要回调函数作为参数，则回调函数是最后一个参数。另外，回调函数本身的第一个参数，约定为上一步传入的错误对象。

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

上面代码中，callback的第一个参数是Error对象，第二个参数才是真正的数据参数。这是因为回调函数主要用于异步操作，当回调函数运行时，前期的操作早结束了，错误的执行栈早就不存在了，传统的错误捕捉机制try…catch对于异步操作行不通，所以只能把错误交给回调函数处理。

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

上面代码中，db.User.get方法是一个异步操作，等到抛出错误时，可能它所在的try…catch代码块早就运行结束了，这会导致错误无法被捕捉。所以，Node统一规定，一旦异步操作发生错误，就把错误对象传递到回调函数。

如果没有发生错误，回调函数的第一个参数就传入null。这种写法有一个很大的好处，就是说只要判断回调函数的第一个参数，就知道有没有出错，如果不是null，就肯定出错了。另外，这样还可以层层传递错误。

if(err) {
  // 除了放过No Permission错误意外，其他错误传给下一个回调函数
  if(!err.noPermission) {
    return next(err);
  }
}

全局对象和全局变量

Node提供以下几个全局对象，它们是所有模块都可以调用的。

  • global：表示Node所在的全局环境，类似于浏览器的window对象。需要注意的是，如果在浏览器中声明一个全局变量，实际上是声明了一个全局对象的属性，比如var x = 1等同于设置window.x = 1，但是Node不是这样，至少在模块中不是这样（REPL环境的行为与浏览器一致）。在模块文件中，声明var x = 1，该变量不是global对象的属性，global.x等于undefined。这是因为模块的全局变量都是该模块私有的，其他模块无法取到。

  • process：该对象表示Node所处的当前进程，允许开发者与该进程互动。

  • console：指向Node内置的console模块，提供命令行环境中的标准输入、标准输出功能。

Node还提供一些全局函数。

  • setTimeout()：用于在指定毫秒之后，运行回调函数。实际的调用间隔，还取决于系统因素。间隔的毫秒数在1毫秒到2,147,483,647毫秒（约24.8天）之间。如果超过这个范围，会被自动改为1毫秒。该方法返回一个整数，代表这个新建定时器的编号。
  • clearTimeout()：用于终止一个setTimeout方法新建的定时器。
  • setInterval()：用于每隔一定毫秒调用回调函数。由于系统因素，可能无法保证每次调用之间正好间隔指定的毫秒数，但只会多于这个间隔，而不会少于它。指定的毫秒数必须是1到2,147,483,647（大约24.8天）之间的整数，如果超过这个范围，会被自动改为1毫秒。该方法返回一个整数，代表这个新建定时器的编号。
  • clearInterval()：终止一个用setInterval方法新建的定时器。
  • require()：用于加载模块。
  • Buffer()：用于操作二进制数据。

Node提供两个全局变量，都以两个下划线开头。

  • __filename：指向当前运行的脚本文件名。
  • __dirname：指向当前运行的脚本所在的目录。

除此之外，还有一些对象实际上是模块内部的局部变量，指向的对象根据模块不同而不同，但是所有模块都适用，可以看作是伪全局变量，主要为module, module.exports, exports等。

模块化结构

概述

Node.js采用模块化结构，按照CommonJS规范定义和使用模块。模块与文件是一一对应关系，即加载一个模块，实际上就是加载对应的一个模块文件。

require命令用于指定加载模块，加载时可以省略脚本文件的后缀名。

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

require方法的参数是模块文件的名字。它分成两种情况，第一种情况是参数中含有文件路径（比如上例），这时路径是相对于当前脚本所在的目录，第二种情况是参数中不含有文件路径，这时Node到模块的安装目录，去寻找已安装的模块（比如下例）。

var bar = require('bar');

有时候，一个模块本身就是一个目录，目录中包含多个文件。这时候，Node在package.json文件中，寻找main属性所指明的模块入口文件。

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

上面代码中，模块的启动文件为lib子目录下的bar.js。当使用require('bar')命令加载该模块时，实际上加载的是./node_modules/bar/lib/bar.js文件。下面写法会起到同样效果。


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

如果模块目录中没有package.json文件，node.js会尝试在模块目录中寻找index.js或index.node文件进行加载。

模块一旦被加载以后，就会被系统缓存。如果第二次还加载该模块，则会返回缓存中的版本，这意味着模块实际上只会执行一次。如果希望模块执行多次，则可以让模块返回一个函数，然后多次调用该函数。

核心模块

如果只是在服务器运行JavaScript代码，用处并不大，因为服务器脚本语言已经有很多种了。Node.js的用处在于，它本身还提供了一系列功能模块，与操作系统互动。这些核心的功能模块，不用安装就可以使用，下面是它们的清单。

  • http：提供HTTP服务器功能。
  • url：解析URL。
  • fs：与文件系统交互。
  • querystring：解析URL的查询字符串。
  • child_process：新建子进程。
  • util：提供一系列实用小工具。
  • path：处理文件路径。
  • crypto：提供加密和解密功能，基本上是对OpenSSL的包装。

上面这些核心模块，源码都在Node的lib子目录中。为了提高运行速度，它们安装时都会被编译成二进制文件。

核心模块总是最优先加载的。如果你自己写了一个HTTP模块，require('http')加载的还是核心模块。

自定义模块

Node模块采用CommonJS规范。只要符合这个规范，就可以自定义模块。

下面是一个最简单的模块，假定新建一个foo.js文件，写入以下内容。

// foo.js

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

上面代码就是一个模块，它通过module.exports变量，对外输出一个方法。

这个模块的使用方法如下。

// index.js

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

m("这是自定义模块");

上面代码通过require命令加载模块文件foo.js（后缀名省略），将模块的对外接口输出到变量m，然后调用m。这时，在命令行下运行index.js，屏幕上就会输出“这是自定义模块”。

$ node index
这是自定义模块

module变量是整个模块文件的顶层变量，它的exports属性就是模块向外输出的接口。如果直接输出一个函数（就像上面的foo.js），那么调用模块就是调用一个函数。但是，模块也可以输出一个对象。下面对foo.js进行改写。

// foo.js

var out = new Object();

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

out.print = p;

module.exports = out;

上面的代码表示模块输出out对象，该对象有一个print属性，指向一个函数。下面是这个模块的使用方法。

// index.js

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

m.print("这是自定义模块");

上面代码表示，由于具体的方法定义在模块的print属性上，所以必须显式调用print属性。

异常处理

Node是单线程运行环境，一旦抛出的异常没有被捕获，就会引起整个进程的崩溃。所以，Node的异常处理对于保证系统的稳定运行非常重要。

一般来说，Node有三种方法，传播一个错误。

  • 使用throw语句抛出一个错误对象，即抛出异常。
  • 将错误对象传递给回调函数，由回调函数负责发出错误。
  • 通过EventEmitter接口，发出一个error事件。

try…catch结构

最常用的捕获异常的方式，就是使用try…catch结构。但是，这个结构无法捕获异步运行的代码抛出的异常。

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);
}

上面代码分别用process.nextTick和setTimeout方法，在下一轮事件循环抛出两个异常，代表异步操作抛出的错误。它们都无法被catch代码块捕获，因为catch代码块所在的那部分已经运行结束了。

一种解决方法是将错误捕获代码，也放到异步执行。

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!

上面代码中，async函数异步抛出的错误，可以同样部署在异步的catch代码块捕获。

这两种处理方法都不太理想。一般来说，Node只在很少场合才用try/catch语句，比如使用JSON.parse解析JSON文本。

回调函数

Node采用的方法，是将错误对象作为第一个参数，传入回调函数。这样就避免了捕获代码与发生错误的代码不在同一个时间段的问题。

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

上面代码表示，读取文件foo.txt是一个异步操作，它的回调函数有两个参数，第一个是错误对象，第二个是读取到的文件数据。如果第一个参数不是null，就意味着发生错误，后面代码也就不再执行了。

下面是一个完整的例子。

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!

上面代码中，async2函数的回调函数的第一个参数就是一个错误对象，这是为了处理异步操作抛出的错误。

EventEmitter接口的error事件

发生错误的时候，也可以用EventEmitter接口抛出error事件。

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

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

使用上面的代码必须小心，因为如果没有对error事件部署监听函数，会导致整个应用程序崩溃。所以，一般总是必须同时部署下面的代码。

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

uncaughtException事件

当一个异常未被捕获，就会触发uncaughtException事件，可以对这个事件注册回调函数，从而捕获异常。

var logger = require('tracer').console();
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);
}

只要给uncaughtException配置了回调，Node进程不会异常退出，但异常发生的上下文已经丢失，无法给出异常发生的详细信息。而且，异常可能导致Node不能正常进行内存回收，出现内存泄露。所以，当uncaughtException触发后，最好记录错误日志，然后结束Node进程。

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

unhandledRejection事件

iojs有一个unhandledRejection事件，用来监听没有捕获的Promise对象的rejected状态。

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

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

上面代码中，promise的状态变为rejected，并且抛出一个错误。但是，不会有任何反应，因为没有设置任何处理函数。

只要监听unhandledRejection事件，就能解决这个问题。

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

需要注意的是，unhandledRejection事件的监听函数有两个参数，第一个是错误对象，第二个是产生错误的promise对象。这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."))
  })

  promise.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)
})

上面代码会在出错时，输出用户请求的网址。

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)

命令行脚本

node脚本可以作为命令行脚本使用。

$ node foo.js

上面代码执行了foo.js脚本文件。

foo.js文件的第一行，如果加入了解释器的位置，就可以将其作为命令行工具直接调用。

#!/usr/bin/env node

调用前，需更改文件的执行权限。

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

作为命令行脚本时，console.log用于输出内容到标准输出，process.stdin用于读取标准输入，child_process.exec()用于执行一个shell命令。

参考链接

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