淺談Node.js 特點與應(yīng)用場景
前言
如果你有一定的前端基礎(chǔ)，比如 HTML、CSS、JavaScript、jQuery；那么，Node.js 能讓你以最低的成本快速過渡成為一個全棧工程師(我稱這個全棧為偽全棧，我認為的全棧也要精通數(shù)據(jù)庫，不喜勿噴)，從而觸及后端和移動端的開發(fā)。當然，Node.js也不是萬能的、也不是說學(xué)了它就可以完全取代后端的其他開發(fā)語言，它有自己的使命和擅長的應(yīng)用領(lǐng)域。
除此之外現(xiàn)在非?；馃岬?Vue.js，React.js ，等很多數(shù)據(jù)層動態(tài)交互優(yōu)先選用了Node.js，一些比較流行的打包工具也是如此；綜上，為你為什么要學(xué)習(xí)它又增加了一大理由。
Node.js 和傳統(tǒng)的后端語言（比如PHP、JAVA等）相比，各有優(yōu)缺點，各自擅長領(lǐng)域和側(cè)重點不同，因此，各有千秋、各有需求市場。Node.js 讓我們進行后端開發(fā)多了一種便捷的手段。所以大家也不要總說哪些語言是最好的，各有各的使命，嘿嘿。
Node.js的特點
非阻塞異步io
例如，當在訪問數(shù)據(jù)庫取得數(shù)據(jù)的時候，需要一段時間。在傳統(tǒng)的單線程處理機制中，在執(zhí)行了訪問數(shù)據(jù)庫代碼之后，整個線程都將暫停下來，等待數(shù)據(jù)庫返回結(jié)果，才能執(zhí)行后面的代碼。也就是說，I/O阻塞了代碼的執(zhí)行，極大地降低了程序的執(zhí)行效率。
由于 Node.js 中采用了非阻塞型I/O機制，因此在執(zhí)行了訪問數(shù)據(jù)庫的代碼之后，將立即轉(zhuǎn)而執(zhí)行其后面的代碼，把數(shù)據(jù)庫返回結(jié)果的處理代碼放在回調(diào)函數(shù)中，從而提高了程序的執(zhí)行效率。
當某個I/O執(zhí)行完畢時，將以事件的形式通知執(zhí)行I/O操作的線程，線程執(zhí)行這個事件的回調(diào)函數(shù)。為了處理異步I/O，線程必須有事件循環(huán)，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(wù)，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(zhí)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，但是好多人閑著；還不如一個人玩命，往死里干活兒。
單線程
在 Java、PHP 或者 .net 等服務(wù)器端語言中，會為每一個客戶端連接創(chuàng)建一個新的線程。而每個線程需要耗費大約2MB內(nèi)存。也就是說，理論上，一個8GB內(nèi)存的服務(wù)器可以同時連接的最大用戶數(shù)為4000個左右。要讓W(xué)eb應(yīng)用程序支持更多的用戶，就需要增加服務(wù)器的數(shù)量，而 Web 應(yīng)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(chuàng)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(fā)一個內(nèi)部事件，通過非阻塞I/O、事件驅(qū)動機制，讓 Node.js 程序宏觀上也是并行的。使用 Node.js ，一個8GB內(nèi)存的服務(wù)器，可以同時處理超過4萬用戶的連接。
另外，單線程帶來的好處，操作系統(tǒng)完全不再有線程創(chuàng)建、銷毀的時間開銷。但是單線程也有很多弊端，會在 Node.js 的弊端詳細講解，請繼續(xù)看。
事件驅(qū)動
在 Node.js 中，客戶端請求建立連接，提交數(shù)據(jù)等行為，會觸發(fā)相應(yīng)的事件。在 Node.js 中，在一個時刻，只能執(zhí)行一個事件回調(diào)函數(shù)，但是在執(zhí)行一個事件回調(diào)函數(shù)的中途，又有其他事件產(chǎn)生，可以轉(zhuǎn)而處理其他事件（比如，又有新用戶連接了），然后返回繼續(xù)執(zhí)行原事件的回調(diào)函數(shù)，這種處理機制，稱為“事件環(huán)”機制。
Node.js 底層是 C++（V8也是C++寫的）。底層代碼中，近半數(shù)都用于事件隊列、回調(diào)函數(shù)隊列的構(gòu)建。用事件驅(qū)動來完成服務(wù)器的任務(wù)調(diào)度，這是鬼才才能想到的。針尖上的舞蹈，用一個線程，擔負起了處理非常多的任務(wù)的使命。
注意這里的事件循環(huán)，也可以說是 Node.js 的一個精髓所在，下面引用一段 Node.js 官網(wǎng)的內(nèi)容
┌───────────────────────────┐
┌─>│ timers │
│ └─────────────┬─────────────┘
│ ┌─────────────┴─────────────┐
│ │ pending callbacks │
│ └─────────────┬─────────────┘
│ ┌─────────────┴─────────────┐
│ │ idle, prepare │
│ └─────────────┬─────────────┘ ┌───────────────┐
│ ┌─────────────┴─────────────┐ │ incoming: │
│ │ poll │<─────┤ connections, │
│ └─────────────┬─────────────┘ │ data, etc. │
│ ┌─────────────┴─────────────┐ └───────────────┘
│ │ check │
│ └─────────────┬─────────────┘
│ ┌─────────────┴─────────────┐
└──┤ close callbacks │
└───────────────────────────┘
引用Node官網(wǎng)中的一段內(nèi)容:
注意：每個框?qū)⒈环Q為事件循環(huán)的“階段”。每個階段都有一個要執(zhí)行的回調(diào)
FIFO隊列。雖然每個階段都以其自己的方式特殊，但通常情況下，當事件循環(huán)進入給定階段時，它將執(zhí)行特定于該階段的任何操作，然后在該階段的隊列中執(zhí)行回調(diào)，直到隊列耗盡或最大回調(diào)數(shù)量為止已執(zhí)行。當隊列耗盡或達到回調(diào)限制時，事件循環(huán)將移至下一階段，依此類推。關(guān)于事件循環(huán)是一個核心點，經(jīng)常會被面試官考具體執(zhí)行輸出的問題，大家可以看我的這篇文章
跨平臺
起初，Node 只能在 Linux 平臺上運行。后來隨著 Node的發(fā)展，微軟注意到了它的存在，并投入了一個團隊幫助 Node 實現(xiàn) Windows 平臺的兼容，在v0.6.0版本發(fā)布時，Node 已經(jīng)能夠直接在 Window 平臺運行了。Node 是基于libuv實現(xiàn)跨平臺的。
Node.js的弊端
單線程帶來的弊端
Node.js中有一個特點就是單線程，它帶來了很多好處，但是它也有弊端，單線程弱點如下。
無法利用多核CPU 錯誤會引起整個應(yīng)用退出無法繼續(xù)調(diào)用異步 I/O大量計算占用CPU導(dǎo)致無法繼續(xù)調(diào)用異步 I/O
以上確實是Node的弊端，但是都會有一些對應(yīng)的解決方案：
弊端1:解決方案
（1）一些管理工具比如 pm2，forever等都可以實現(xiàn)創(chuàng)建多進程解決多核 CPU 的利用率問題。（2）在v0.8版本之前，實現(xiàn)多進程可以使用 child_process（3）在v0.8版本之后，可以使用 cluster模塊，通過主從模式，創(chuàng)建多個工作進程解決多核CPU的利用率問題。
弊端2:解決方案
（1）Nnigx反向代理，負載均衡，開多個進程，綁定多個端口； （2） 一些管理工具比如 pm2，forever等都可以實現(xiàn)進程監(jiān)控，錯誤自動重啟等（3）開多個進程監(jiān)聽同一個端口，使用Node提供的 cluster模塊；（4）未出現(xiàn) cluster之前，也可以使用child_process,創(chuàng)建多子線程監(jiān)聽一個端口。（5）這里說明下，有上面的這些解決方案，但是寫node后端代碼的時候，異常拋出 try catch顯得格外有必要。
弊端3:解決方案
（1）可以把大量的密集計算像上面一樣拆分成多個子線程計算 但是如果不允許拆分，想計算100萬的大數(shù)據(jù)，在一個單線程中，Node確實顯得無能為力，這本身就是V8內(nèi)存限制的弊端。
說明：child_process與cluster模塊我會單獨拿一篇文章來講。值得開心的是上面這些弊端隨著Node的版本更新，和新的api模塊出現(xiàn)，好像解決了這些弊端。
調(diào)試
用過node的人可能第一時間就會想到debug太難了，沒有stack trace，因此調(diào)試比較困難。
Node社區(qū)中的npm包
Node.js社區(qū)有很多包品質(zhì)良莠不齊、如果你想偷懶而又剛好npm了一個有問題的包你就很麻煩，因為代碼是開源的，只能自己調(diào)試了。
Node.js的應(yīng)用場景
介紹了Node.js的特點和弊端，再說一下Node.js的應(yīng)用場景。
Node.js適合用來開發(fā)什么樣的應(yīng)用程序呢？
善于I/O，不善于計算。因為Node.js最擅長的就是任務(wù)調(diào)度，如果你的業(yè)務(wù)有很多的 CPU 計算，實際上也相當于這個計算阻塞了這個單線程，就不太適合Node開發(fā)，但是也不是沒有解決方案，只是說不太適合。
當應(yīng)用程序需要處理大量并發(fā)的I/O，而在向客戶端發(fā)出響應(yīng)之前，應(yīng)用程序內(nèi)部并不需要進行非常復(fù)雜的處理的時候，Node.js非常適合。Node.js也非常適合與websocket配合，開發(fā)長連接的實時交互應(yīng)用程序。
具體場景可以表現(xiàn)為如下：
第一大類：用戶表單收集系統(tǒng)、后臺管理系統(tǒng)、實時交互系統(tǒng)、考試系統(tǒng)、聯(lián)網(wǎng)軟件、高并發(fā)量的web應(yīng)用程序；
第二大類：基于web、canvas等多人聯(lián)網(wǎng)游戲；
第三大類：基于web的多人實時聊天客戶端、聊天室、圖文直播；
第四大類：單頁面瀏覽器應(yīng)用程序；
第五大類：操作數(shù)據(jù)庫、為前端和移動端提供基于
json的API；第六大類，....
哪些大公司在用
雅虎：雅虎開放了 Cooktail框架，將YUI3這個前端框架的能力借助Node延伸到了服務(wù)器端。騰訊：將 Node 應(yīng)用到長連接，以提供實時功能。 花瓣網(wǎng)，蘑菇街：通過 socket.io實現(xiàn)實時通知。阿里：主要利用的是并行 I/O這個性能，實現(xiàn)高效的分布式，它們自己也出了很多Node框架LinkedIn：移動網(wǎng)站也是使用的Node 網(wǎng)易：游戲領(lǐng)域?qū)Σl(fā)和實時要求很高，網(wǎng)易開源了Node的實時框架 pomelo很多教育公司在用Node搭建中臺或者直接作為后端 等等...
參考文章：本文部分內(nèi)容來自樸靈老師的《深入淺出Node.js》
Node.js 高級進階之 fs 文件模塊學(xué)習(xí)