Node.js感悟
一、前言
很久以前就對node.js十分的好奇和感興趣，因為種種原因沒能去深入的認識了解和學習掌握這門技術，最近正好要做一些項目，其中就用到了node.js中的一些東西，所以借着使用的時間來對node.js進行一些剖析，每一種語言都有自己的理念和設計初衷，但是萬變不離其宗，最終還是要歸結到編譯和執行，對於一門新的語言，我們不要急着去記憶語法，最好的方式就是通過問題的形式去不斷的積累經驗，自然而然的那些語法，特殊思想就漸漸地熟能生巧了，萬事開頭難，任何東西到了一定的程度之后都是殊途同歸的，本人也學習了很多語言，解釋性語言和執行性語言遇到的也比較多，對於node.js在這里就將我自己的學習過程和經驗記錄下來，一方面是為了以后的查閱和學習，另一方面是為廣大的IT界網友的知識庫中增磚添瓦，好了，閑言休談，直入主題！
二、node.js的性質、優缺點和適用范圍
Node.js是一個專注於實現高性能Web服務器優化的專家，幾經探索，幾經挫折后，遇到V8而誕生的項目。Node.js是一個讓JavaScript運行在服務器端的開發平台，它讓JavaScript的觸角伸到了服務器端，可以與PHP、JSP、Python、Ruby平起平坐。但Node似乎有點不同：Node.js不是一種獨立的語言，與PHP、JSP、Python、Perl、Ruby的“既是語言，也是平台”不同，Node.js的使用JavaScript進行編程，運行在JavaScript引擎上（V8）。與PHP、JSP等相比（PHP、JSP、.net都需要運行在服務器程序上，Apache、Naginx、Tomcat、IIS。），Node.js跳過了Apache、Naginx、IIS等HTTP服務器，它自己不用建設在任何服務器軟件之上。Node.js的許多設計理念與經典架構（LAMP = Linux + Apache + MySQL + PHP）有着很大的不同，可以提供強大的伸縮能力。Node.js沒有web容器。Node.js自身哲學，是花最小的硬件成本，追求更高的並發，更高的處理性能。
單線程：在Java、PHP或者.net等服務器端語言中，會為每一個客戶端連接創建一個新的線程，而每個線程需要耗費大約2MB內存，理論上一個8GB內存的服務器可以同時連接的最大用戶數為4000個左右。要讓Web應用程序支持更多的用戶，就需要增加服務器的數量，而Web應用程序的硬件成本當然就上升了。Node.js不為每個客戶連接創建一個新的線程，而僅僅使用一個線程。當有用戶連接了，就觸發一個內部事件，通過非阻塞I/O、事件驅動機制，讓Node.js程序宏觀上也是並行的。使用Node.js，一個8GB內存的服務器，可以同時處理超過4萬用戶的連接。另外，單線程的帶來的好處，還有操作系統完全不再有線程創建、銷毀的時間開銷。
非阻塞I/O：因為CPU的效率是遠遠高於I/O設備的執行效率的，如果讓CPU去等待I/O的執行，將會極大地浪費時間，降低性能，比如在訪問數據庫或者讀文件的時候，在傳統的單線程處理機制中，在執行了訪問數據庫或文件代碼之后，整個線程都將暫停下來（阻塞I/O），等待數據庫或者文件系統返回結果才能執行后面的代碼。I/O阻塞了代碼的執行極大地降低了程序的執行效率。由於Node.js中采用了非阻塞型I/O機制，因此在執行了訪問數據庫或文件的代碼之后，將立即轉而執行其他代碼，把返回結果的處理代碼放在回調函數中，從而提高了程序的執行效率。當某個I/O執行完畢時，將以事件的形式通知執行I/O操作的線程，線程執行這個事件的回調函數。為了處理異步I/O，線程必須有事件循環，不斷的檢查有沒有未處理的事件，依次予以處理。阻塞模式下，一個線程只能處理一項任務，要想提高吞吐量必須通過多線程。而非阻塞模式下，一個線程永遠在執行計算操作，這個線程的CPU核心利用率永遠是100%。所以，這是一種特別有哲理的解決方案：與其人多，但是好多人閑着；還不如一個人玩命，往死里干活兒。
事件驅動：在Node中，客戶端請求建立連接，提交數據等行為，會觸發相應的事件。在Node中，在一個時刻，只能執行一個事件回調函數，但是在執行一個事件回調函數的中途，可以轉而處理其他事件，然后返回繼續執行原事件的回調函數，這種處理機制，稱為“事件環”機制。Node.js底層是C++（V8也是C++寫的），底層代碼中，近半數都用於事件隊列、回調函數隊列的構建。
優缺點：因為單線程，在處理大規模並發的任務中還是會顯得力不從心的，比如在CPU密集型事務中就會遇到瓶頸，另外就是node.js是沒有web容器的，代碼直接沒有根目錄的說法，在一定程度上為程序員增加了代碼量，但也提高了靈活性，為高級路由帶來了極大的方便，在node.js中回調函數會有很深的層次，為代碼的閱讀多多少少造成了一定的障礙。善於處理異步事件（callback），處理同步事務中需要額外的負擔。
適用范圍：當應用程序需要處理大量並發的I/O，而在向客戶端發出響應之前，應用程序內部並不需要進行非常復雜的處理的時候，Node.js非常適合。Node.js也非常適合與web socket配合，開發長連接的實時交互應用程序。比如：用戶表單收集、考試系統、聊天室、圖文直播、提供JSON的API（為前台Angular使用）。
三、部署環境
node.js類似於Java，和Java的虛擬機原理有點相似可以在Linux和Windows機器上運行，但是編程的方式和細微之處還是有差異的，這里主要從Windows的環境中來理解，因為本質上還是語言的設計思想是我們的着重點和興趣點！
1,下載node.js
這是非常簡單的一件事情，可以在https://nodejs.org/en/download/上方便的下載適合自己電腦的版本，這里我們使用Windows平台。
2,安裝node.js
只需雙擊即可完成安裝，在這里建議不要將路徑放到C盤，這是一種安裝軟件的共識。並且在安裝的過程中，安裝向導已經幫我們完成了環境變量的注冊，我們可以通過環境變量來查看，這點很淺顯，不必再說。
3,下載sublime
因為node.js非常的輕量級，差不多10MB左右，原生的環境是沒有GUI的，我們可以先在文本編輯器中編寫代碼，在這里當然是推薦sublime了，當然notebook也不錯~~
四、編寫簡單的程序——hello，world！
1 //require表示引包，引包就是引用自己的一個特殊功能
2 var http = require("http"); 3 //創建服務器，參數是一個回調函數，表示如果有請求進來，要做什么
4 var server = http.createServer(function(req,res){ 5 //req表示請求，request; res表示響應，response
6 //設置HTTP頭部，狀態碼是200，文件類型是html，字符集是utf8
7 res.writeHead(200,{"Content-type":"text/html;charset=UTF-8"}); 8 res.end("hello,world!"); 9 }); 10
11 //運行服務器，監聽3000端口（端口號可以任改）
12 server.listen(3000,"127.0.0.1");
編寫了.js的程序，運行的時候就要通過node.js來運行了，首先在CMD中切換到編寫程序的目錄下，當然也可以不用。然后用node XXX.js即可啟動服務。然后在瀏覽器中（建議用Firefox）輸入相應的監聽IP地址加上端口號，這里的端口號使用比較大一點的就可以，因為是回環測試，所以使用127.0.0.1來作為測試IP。
這樣一個簡單的程序就運行成功了，回顧一下，我們其實是用node.js搭建了一個服務器，然后來監聽端口的訪問事件，最后做出相應的回應，這樣一個簡單的例子其實是非常有用的，畢竟我們的服務器已經可以工作了，但是這樣也有許多缺陷，比如我們關閉CMD之后服務就關閉了，比如我們運行一次程序需要的過程十分繁瑣，這些都會在以后得到解決！
注意：在node.js中必須使用res.end()函數來返回，不然的話瀏覽器會認為服務器還沒有結束本次的數據傳輸，而一直進入忙等狀態，這點值得警醒，另外，require和C語言中的include很像，都是導入相應的包。
五、node.js沒有web容器，訪問的文件路徑和url可能關系不大
1 //require表示引包，引包就是引用自己的一個特殊功能
2 var http = require("http"); 3 var fs = require("fs"); 4
5 //創建服務器，參數是一個回調函數，表示如果有請求進來，要做什么
6 var server = http.createServer(function(req,res){ 7 if(req.url == "/fang"){ 8 fs.readFile("./test/xixi.html",function(err,data){ 9 //req表示請求，request; res表示響應，response
10 //設置HTTP頭部，狀態碼是200，文件類型是html，字符集是utf8
11 res.writeHead(200,{"Content-type":"text/html;charset=UTF-8"}); 12 res.end(data); 13 }); 14 }else if(req.url == "/yuan"){ 15 fs.readFile("./test/haha.html",function(err,data){ 16 //req表示請求，request; res表示響應，response
17 //設置HTTP頭部，狀態碼是200，文件類型是html，字符集是utf8
18 res.writeHead(200,{"Content-type":"text/html;charset=UTF-8"}); 19 res.end(data); 20 }); 21 }else if(req.url == "/1.jpg"){ 22 fs.readFile("./test/0.jpg",function(err,data){ 23 //req表示請求，request; res表示響應，response
24 //設置HTTP頭部，狀態碼是200，文件類型是html，字符集是utf8
25 res.writeHead(200,{"Content-type":"image/jpg"}); 26 res.end(data); 27 }); 28 }else if(req.url == "/bbbbbb.css"){ 29 fs.readFile("./test/aaaaaa.css",function(err,data){ 30 //req表示請求，request; res表示響應，response
31 //設置HTTP頭部，狀態碼是200，文件類型是html，字符集是utf8
32 res.writeHead(200,{"Content-type":"text/css"}); 33 res.end(data); 34 }); 35 }else{ 36 res.writeHead(404,{"Content-type":"text/html;charset=UTF-8"}); 37 res.end("沒有這個頁面呦"); 38 } 39 }); 40
41 //運行服務器，監聽3000端口（端口號可以任改）
42 server.listen(3000,"127.0.0.1");
上面的代碼就是說明這樣的一種情況，當用戶輸入了URL之后進行處理的時候，node.js可以對URL進行解析並且按照自己設定好的路徑來根據相應的字段找到可能是有着好幾個文件夾下的一個文件，這個文件的文件名可能與url中的字段完全不同，也就是說可以把字段看做一個地址（指針），指向相應的文件所在的物理位置！
1 if(req.url == "/fang"){ 2 fs.readFile("./test/xixi.html",function(err,data){ 3 //req表示請求，request; res表示響應，response
4 //設置HTTP頭部，狀態碼是200，文件類型是html，字符集是utf8
5 res.writeHead(200,{"Content-type":"text/html;charset=UTF-8"}); 6 res.end(data); 7 }); 8 }
比如上面的代碼，明明URL是IP+/fang，可是在返回數據的時候將當前目錄下的test文件夾下的xixi.html文件作為返回對象。為網站的路由設計提供了極大的便利。
六、對URL解析
6.1、解析URL案例
1 var http = require("http"); 2 var url = require("url"); 3
4 var server = http.createServer(function(req,res){ 5 //url.parse()可以將一個完整的URL地址，分為很多部分：
6 //host、port、pathname、path、query
7 var pathname = url.parse(req.url).pathname; 8 //url.parse()如果第二個參數是true，那么就可以將所有的查詢變為對象
9 //就可以直接打點得到這個參數
10 var query = url.parse(req.url,true).query; 11 //直接打點得到這個參數
12 var age = query.age; 13 console.log("pathname:" + pathname); 14 console.log("age:" + age); 15 res.end(); 16 }); 17 server.listen(3000,"127.0.0.1");
運行結果：
6.2、通過正則表達式來解析URL並設計路由
eg:通過輸入的信息的不同選擇跳轉到不同的界面
1 var http = require("http"); 2
3 var server = http.createServer(function(req,res){ 4 //得到url
5 var userurl = req.url; 6
7 res.writeHead(200,{"Content-Type":"text/html;charset=UTF8"}) 8 //substr函數來判斷此時的開頭
9 if(userurl.substr(0,9) == "/student/"){ 10 var studentid = userurl.substr(9); 11 console.log(studentid); 12 if(/^\d{10}$/.test(studentid)){ 13 res.end("您要查詢學生信息，id為" + studentid); 14 }else{ 15 res.end("學生學號位數不對"); 16 } 17 }else if(userurl.substr(0,9) == "/teacher/"){ 18 var teacherid = userurl.substr(9); 19 if(/^\d{6}$/.test(teacherid)){ 20 res.end("您要查詢老師信息，id為" + teacherid); 21 }else{ 22 res.end("老師學號位數不對"); 23 } 24 }else{ 25 res.end("請檢查url"); 26 } 27 }); 28
29 server.listen(3000,"127.0.0.1");
測試結果：
七、表單提交
服務器代碼：
1 var http = require("http"); 2 var url = require("url"); 3
4 var server = http.createServer(function(req,res){ 5 //得到查詢部分，由於寫了true，那么就是一個對象
6 var queryObj = url.parse(req.url,true).query; 7 var name = queryObj.name; 8 var age = queryObj.age; 9 var sex = queryObj.sex; 10 res.writeHead(200,{"Content-Type":"text/html;charset=UTF-8"});
11 res.end("服務器收到了表單請求" + name + age + sex); 12 }); 13
14 server.listen(3000,"127.0.0.1");
瀏覽器代碼：
1 <!DOCTYPE html>
2 <html lang="en">
3 <head>
4 <meta charset="UTF-8">
5 <title>Document</title>
6 </head>
7 <body>
8 <form action="http://127.0.0.1:3000/" method="GET">
9 <input type="text" name="name" /> <br />
10 <input type="text" name="age" /> <br />
11 <input type="radio" name="sex" value="男"/> 男
12 <input type="radio" name="sex" value="女"/> 女
13 <br />
14 <input type="submit">
15 </form>
16 </body>
17 </html>
八、事件環機制——多用戶訪問導致的異步現象
因為node.js是單線程的，所以同一時刻有大量用戶在訪問的時候，而且是在做讀文件的I/O操作的時候，因為非阻塞的性質，此時單線程回去處理其他事情，也就是去處理其他用戶的請求，等文件讀取完畢了，再通過外設來以事件的形式通知CPU響應並處理！下圖的運行結果並沒有反應該性質，是因為自己的手速怎么能比得上計算機的處理效率呢，如果多台電腦（瀏覽器）同時訪問，那肯定會出現次序的混亂的。
1 var http = require("http"); 2 var fs = require("fs"); 3
4 var server = http.createServer(function(req,res){ 5 //不處理小圖標
6 if(req.url == "/favicon.ico"){ 7 return; 8 } 9 //給用戶加一個五位數的id
10 var userid = parseInt(Math.random() * 89999) + 10000; 11
12 console.log("歡迎" + userid); 13
14 res.writeHead(200,{"Content-Type":"text/html;charset=UTF8"}); 15 //兩個參數，第一個是完整路徑，當前目錄寫./
16 //第二個參數，就是回調函數，表示文件讀取成功之后，做的事情
17 fs.readFile("./1.txt",function(err,data){ 18 if(err){ 19 throw err; 20 } 21 console.log(userid + "文件讀取完畢"); 22 res.end(data); 23 }); 24 }); 25
26 server.listen(3000,"127.0.0.1");
九、通過API來創建文件，並且知道自己讀取的是一個文件還是文件夾
任務一：簡單的判斷文件是不是文件夾
1 var http = require("http"); 2 var fs = require("fs"); 3
4 var server = http.createServer(function(req,res){ 5 //不處理小圖標
6 if(req.url == "/favicon.ico"){ 7 return; 8 } 9 fs.mkdir("./album"); 10 fs.mkdir("./album/aaa"); 11 //stat檢測狀態
12 fs.stat("./album/aaa",function(err,data){ 13 //檢測這個路徑，是不是一個文件夾
14 console.log(data.isDirectory()); 15 }); 16 res.end(); 17 }); 18
19 server.listen(3000,"127.0.0.1");
任務二：讀取一個文件目錄下的所有文件夾並且顯示出來
方法一：思考為什么會失敗！！！
1 var http = require("http"); 2 var fs = require("fs"); 3
4 var server = http.createServer(function(req,res){ 5 //不處理小圖標
6 if(req.url == "/favicon.ico"){ 7 return; 8 } 9 //存儲所有的文件夾
10 var folder = []; 11 //stat檢測狀態
12 fs.readdir("./album",function(err,files){ 13 //files是個文件名的數組，並不是文件的數組，表示./album這個文件夾中的所有東西
14 //包括文件、文件夾
15 for(var i = 0 ; i < files.length ;i++){ 16 var thefilename = files[i]; 17 //又要進行一次檢測
18 fs.stat("./album/" + thefilename , function(err,stats){ 19 //如果他是一個文件夾，那么輸出它：
20 if(stats.isDirectory()){ 21 folder.push(thefilename); 22 } 23 console.log(folder); 24 }); 25 } 26 }); 27 }); 28
29 server.listen(3000,"127.0.0.1");
運行結果：
分析，根據代碼是調用了API將目錄通過數組的形式讀出來，並且顯示出來，可是為什么只顯示了文件夾“ccc”，而沒有其他的文件夾呢，到這里我們就能理解node.js的編程精髓之一了，那就是異步性，讀取文件夾也是一種I/O操作，勢必就要被阻塞，我們是使用for循環來讀取的，當調用fs.readdir（）得到了正確的結果，文件列表信息，其中包括了文件和文件夾之后執行回調函數，此時我們需要進行篩選操作，這個時候我們需要再次進行一次I/O操作，而for循環（CPU）是不等我們的I/O設備的操作的，這個時候當一個I/O操作剛執行完的時候，得到了aaa是一個文件夾，但是因為在啟動這個I/O操作的過程中，CPU必定已經執行了很多個循環了，變量thefilename早已經變成了其他的數值，至於為什么會變成ccc，那是因為CPU執行的速度太快了，早就跳到了數組的最后一個，而只有是文件夾才會被記錄，所以不會是其他的文件，一定是一個文件夾名，同樣的其他兩個文件夾也是當I/o完成的時候thefilename早就變成了ccc了，所以輸出的結果是這個樣子，在這里我們需要注意一點，這點非常重要，就是在標題八中不同用戶的訪問，雖然次序會變亂，可是最后還是能將歡迎userID和userID讀取完畢一一對應上，也就是說userID這個變量在每一個瀏覽器訪問的時候都是另外開辟了一個新空間，而在一台電腦上進行的for循環，thefilename卻沒有那樣的好運，總是會被替換掉，徹底的替換掉，要不然的話結果將不會是全是“ccc”，也就是說thefilename沒有開辟新的內存空間，關於這一點可能涉及到變量的定義范圍，有效范圍，命名空間，編譯原理的優化和操作系統，計算機網絡等相關的學科，值得深究和理解！！！！！！
那么如何解決這樣的問題呢，我們沒有得到自己想要的東西，這個時候就要用到原子操作了，而node.js里面使用了iterator迭代器來巧妙地實現了原子操作！！！
方法二：
1 var http = require("http"); 2 var fs = require("fs"); 3
4 var server = http.createServer(function(req,res){ 5 //不處理收藏夾小圖標
6 if(req.url == "/favicon.ico"){ 7 return; 8 } 9 //遍歷album里面的所有文件、文件夾
10 fs.readdir("./album/",function(err,files){ 11 //files : ["0.jpg","1.jpg" ……,"aaa","bbb"];
12 //files是一個存放文件(夾)名的數組
13 //存放文件夾的數組
14 var folder = []; 15 //迭代器就是強行把異步的函數，變成同步的函數
16 //1做完了，再做2；2做完了，再做3
17 (function iterator(i){ 18 //遍歷結束
19 if(i == files.length){ 20 console.log(folder); 21 return; 22 } 23 fs.stat("./album/" + files[i],function(err,stats){ 24 //檢測成功之后做的事情
25 if(stats.isDirectory()){ 26 //如果是文件夾，那么放入數組。不是，什么也不做。
27 folder.push(files[i]); 28 } 29 iterator(i+1); 30 }); 31 })(0); 32 }); 33 res.end(); 34 }); 35
36 server.listen(3000,"127.0.0.1");
通過迭代器，遞歸的形式，我們可以很好的讓一個操作完成之后在執行其他的操作，這樣其實就相當於原子操作，要么一起完成，要么就不完成，以失敗告終，這樣其中的變量等數據就不用去考慮是不是被覆蓋的情況了！！！！！！如下所示，這次正確輸出結果！！！！！！
運行結果：
十、對於不同的文件類型，正確的顯示相應的文件
在node.js中是沒有web容器的概念的，這樣容器需要完成的很多事情就需要我們自己去完成了，正因為這樣我們需要了解更多的底層的東西！！！
1 var http = require("http"); 2 var url = require("url"); 3 var fs = require("fs"); 4 var path = require("path"); 5
6 http.createServer(function(req,res){ 7 //得到用戶的路徑
8 var pathname = url.parse(req.url).pathname; 9 //默認首頁
10 if(pathname == "/"){ 11 pathname = "index.html"; 12 } 13 //拓展名
14 var extname = path.extname(pathname); 15
16 //真的讀取這個文件
17 fs.readFile("./static/" + pathname,function(err,data){ 18 if(err){ 19 //如果此文件不存在，就應該用404返回
20 fs.readFile("./static/404.html",function(err,data){ 21 res.writeHead(404,{"Content-type":"text/html;charset=UTF8"}); 22 res.end(data); 23 }); 24 return; 25 }; 26 //MIME類型，就是
27 //網頁文件： text/html
28 //jpg文件 : image/jpg
29 var mime = getMime(extname); 30 res.writeHead(200,{"Content-type":mime}); 31 res.end(data); 32 }); 33
34 }).listen(3000,"127.0.0.1"); 35
36 function getMime(extname){ 37 switch(extname){ 38 case ".html" : 39 return "text/html"; 40 break; 41 case ".jpg" : 42 return "image/jpg"; 43 break; 44 case ".css": 45 return "text/css"; 46 break; 47 } 48 }
其中getMime()就是對不同類型進行處理的函數！！！
十一、總結
總算是寫完了這么長的文章，很多東西都是要在實踐中去掌握的，特別是技術類的東西，在對node.js的探索中，我們已經慢慢的觸摸到了門檻了，在接下來的學習中我們會對node.js有更加深刻的認識和使用！！！