Что такое Node.js и где он пригодится
Рассказываем, зачем нужен Node.js и почему его стоит выучить прямо сейчас.
Что такое Node.js?
Node.js (или просто Node) — это серверная платформа для работы с JavaScript через движок V8. JavaScript выполняет действие на стороне клиента, а Node — на сервере. С помощью Node можно писать полноценные приложения. Node умеет работать с внешними библиотеками, вызывать команды из кода на JavaScript и выполнять роль веб-сервера.
В чём преимущество Node?
C Node проще масштабироваться. При одновременном подключении к серверу тысяч пользователей Node работает асинхронно, то есть ставит приоритеты и распределяет ресурсы грамотнее. Java же, например, выделяет на каждое подключение отдельный поток.
Откуда Node вообще взялся?
Node появился в 2009 году благодаря Райану Далу. До этого в серверах царил подход «один поток на каждое соединение», а Дал придумал использовать систему, которая ориентирована на события. То есть реагирует на действие или бездействие и выделяет под это ресурс. Главная цель Node — построение масштабируемых сетевых серверов.
Кто-то из крупных компаний использует Node?
Конечно, вот неполный список:
eBay постепенно переходит на Node, как и веб-версия PayPal. В LinkedIn ещё в 2012 году переехали с Ruby On Rails на Node и сразу ощутили преимущества этой платформы: 27 серверов показали 20-кратное увеличение скорости работы.
Что я могу написать на Node?
Полноценную программу для веба, Linux, OS X и Windows.
А если подробнее?
Не вопрос. Node удобен для создания API — уже существуют удобные библиотеки вроде Loopback.
На этом языке можно писать кроссплатформенные приложения — в связке мобильный + десктоп Node помогает достигать синхронности. Например, когда вы пишете сообщение с телефона, оно сразу же появляется и на ноутбуке, и в вебе.
А что-нибудь модное Node умеет?
Конечно. Node — это родной дом всего «интернета вещей» (Internet of Things, IoT). Термостаты, фитнес-трекеры — всё это можно запрограммировать через Node.
Node случайно не теряет популярность?
Совсем наоборот. Вот график интереса к Node с 2009 года в поиске Google:
Чем на самом деле является Node.js?
Node.js это — среда выполнения JavaScript. Что же это значит, и как работает?
Окружение Node.js включает все, что вам нужно для выполнения программы, написанной на JavaScript.
Раньше вы могли запустить JavaScript только в браузере, но однажды разработчики расширили его, и теперь вы можете запускать JS на своем компьютере в качестве отдельного приложения. Так появился Node.js.
Теперь вы можете сделать гораздо больше с JavaScript, чем просто интерактивные веб-сайты.
Теперь у JavaScript есть возможность делать то, что могут делать другие скриптовые языки программирования, такие как Python.
Оба — браузерный JavaScript и Node.js запускаются в среде выполнения V8. Этот движок использует ваш JS код, и преобразует его в более быстрый машинный код. Машинный – низкоуровневый код, который компьютер может запускать без необходимости сначала его интерпретировать.
Почему Node.js?
— Node.js — среда выполнения JavaScript, основанная на JavaScript движке V8 из Chrome.
— Node.js использует управляемую событиями, неблокирующую модель ввода-вывода, которая делает ее легкой и эффективной.
— Пакетная экосистема Node.js, npm, является самой большой экосистемой библиотек с открытым исходным кодом в мире.
Мы уже обсуждали первую строку этого определения: «Node.js — среда выполнения JavaScript, основанная на JavaScript движке V8 из Chrome». Теперь давайте разбираться в двух других строках, так мы сможем понять, почему Node.js так популярен.
I/O означает ввод/вывод. Это может быть что угодно: от чтения/записи локальных файлов до HTTP-запроса в API. I/O занимает время и, следовательно, блокирует другие функции.
Рассмотрим сценарий, в котором мы запрашиваем user1 и user2 из бекенда, а затем печатаем их на экране / в консоли. Ответ на этот запрос требует времени, но оба запроса пользовательских данных могут выполняться независимо и в одно и то же время.
Блокирование ввода-вывода
В методе блокировки запрос данных user2 не запускается до тех пор, пока данные user1 не будут напечатаны на экране.
Если это был веб-сервер, нам нужно было бы начать новый поток для каждого нового пользователя. Но JavaScript однопоточен (но он имеет однопоточный цикл событий, о котором мы поговорим чуть позже). Таким образом, это сделает JavaScript не очень подходящим для многопоточных задач.
Неблокирующий ввод-вывод
С другой стороны, используя неблокирующий запрос, вы можете инициировать запрос данных для user2, не дожидаясь ответа на запрос user1. Вы можете инициировать оба запроса параллельно.
Неблокирующий ввод-вывод устраняет необходимость многопоточности, поскольку сервер может обрабатывать несколько запросов одновременно.
Цикл событий JavaScript
Если у вас есть 26 минут, посмотрите отличное видео-объяснение Node Event Loop:
Если нету, вот пошаговое объяснение того, как работает Event Loop в JavaScript:
1. Посылаете main() в стек вызовов.
2. Посылаете console.log() в стек вызовов. Он запускается сразу и появляется.
3. Посылаете setTimeout(2000) в стек. setTimeout(2000) это — Node API. Когда мы его вызываем, мы регистрируем пару событие-коллбек. Событие будет ждать 2000 миллисекунд, а потом вызовет коллбек.
4. После регистрации, setTimeout(2000) появляется в стеке вызовов.
5. Теперь второй setTimeout(0) регистрируется таким же образом. Теперь у нас есть два API-интерфейса Node, ожидающих выполнения.
6. После ожидания 0 секунд setTimeout(0) перемещается в очередь выполнения коллбеков (callback queue), и то же самое происходит с setTimeout(2000).
7. В очереди выполнения коллбеков функции ждут, когда стек вызовов будет пустым, потому что только одна функция может выполняться одновременно. Это обеспечивает event loop.
8. Вызывается последняя console.log(), а main() вызывается из стека вызовов.
9. Цикл событий видит, что стек вызовов пуст, а очередь обратного вызова — нет. Таким образом, он перемещает обратные вызовы (по порядку) в стек вызовов для выполнения.
Это библиотеки, построенные сообществом. Они решат большинство часто встречающихся проблем. npm (менеджер пакетов Node) содержит пакеты, которые вы можете использовать в своих приложениях, чтобы сделать вашу разработку более быстрой и эффективной.
Require
Require исполняет три функции:
Загружает модули, поставляемые в комплекте с Node.js, например из файловой системы или HTTP, из API Node.js.
Загружает сторонние библиотеки, такие как Express и Mongoose, которые вы устанавливаете из npm.
Позволяет создавать собственные файлы и делить проект на модули.
Require — это функция, и она принимает параметр «путь» и возвращает module.exports.
Node модули
Node модули это — многоразово используемые блоки кода, существование которых не случайно не влияет на другой код.
Вы можете написать свои собственные модули и использовать их в различных приложениях. Node.js имеет набор встроенных модулей, которые вы можете использовать без специальной установки.
V8 ускоряет JavaScript, используя C ++
V8 – движок с открытым исходным кодом, написанный на C ++.
V8 реализует сценарий ECMAScript, как указано в ECMA-262. ECMAScript был создан Ecma International для стандартизации JavaScript.
V8 может работать автономно или может быть встроен в любое приложение C ++. Благодаря этому, вы можете написать свой собственный код на C ++, и сделать его доступным для JavaScript.
События
События – это все, что произошло в нашем приложении, и на что мы можем ответить.
В Node есть два типа событий:
Чем хорош Node.js: практика современного веб-программирования
Каждые несколько лет браузер с HTML5 изменяется — это совершенно нормально. Важно выбрать подходящие инструменты.
Чтобы создавать приложения на HTML5, нужно постоянно осваивать новые технологии и инструменты. Браузер с HTML5 — очень изменчивая платформа. Каждые несколько лет всё опять становится с ног на голову, а набор технологий для создания современного приложения изменяется.
Node.js — один из таких «мастхэв»-средств разработки клиентских приложений. Это среда выполнения JavaScript-программ, построенная на JavaScript-движке Chrome V8. Среди прочего, Node.js позволяет запускать написанные на JavaScript программы из командной строки прямо на компьютере. Большинство инструментов разработчика клиентской части рассчитано на применение Node.js.
Почему возник Node.js и что это такое
Язык JavaScript создавался в середине девяностых компанией Mozilla как простой скриптовый язык программирования, встраиваемый в код HTML-страниц. Как вспоминает его автор Брэндан Эйх, разработчики ставили перед собой цель обеспечить «язык для склеивания» составляющих частей веб-ресурса: изображений, плагинов и Java-апплетов, который был бы удобен для веб-дизайнеров и программистов, не обладающих высокой квалификацией. Он создавался для программирования как на стороне клиента, так и на стороне сервера.
Но, как часто бывает, со временем разработчики начали использовать JavaScript совсем иначе, чем было задумано. Самый неправильно понятый в мире язык программирования в итоге стал самым популярным. К настоящему времени он лидирует в качестве средства для разработки веб-приложений на стороне клиента. Это произошло из-за того, что эволюция веба двинулась в сторону интерактивных веб-приложений, хотя Сеть не была изначально предназначена для этого, как не был предназначен и JavaScript. Пришлось приспособиться.
Новый инструментарий для веба
Для новой роли понадобился новый инструментарий. Постепенно JavaScript оброс целой инфраструктурой фреймворков, библиотек, компиляторов и протоколов. В том числе появилось несколько платформ исполнения серверных и клиентских приложений. Node.js — самая популярная из них. Эту платформу выпустил американский программист Райан Дал в 2009 году.
Программная платформа Node.js работает на движке V8, который транслирует JavaScript в машинный код. Грубо говоря, сам Node является приложением C++, которое получает на входе JavaScript-код и выполняет его.
В Node есть собственный интерфейс на C++ для взаимодействия с устройствами ввода-вывода на компьютере. То есть эта платформа фактически превращает JavaScript из специализированного скриптового языка в язык общего назначения. Это означает, что на Node.js вы можете писать любые компьютерные программы.
Событийно-ориентированный подход
Главная особенность Node.js — то, что вместо традиционной модели параллелизма на основе потоков автор выбрал событийно-ориентированный подход. Это такая парадигма программирования, в которой выполнение программ определяется событиями. Например, это действие пользователя, поступление сетевого пакета, сообщение из другой программы и т.д.
Такой подход сильно упрощает программирование некоторых приложений, особенно при реализации удобного интерфейса ввода-вывода (I/O), как у Node.js. По легенде, идея создания Node.js пришла автору, когда он увидел полосу загрузки файлов на Flickr, которая не понимала реального процента загрузки файлов, то есть не имела обратной связи из браузера из-за отсутствия событийной привязки.
С распространением в интернете социальных сетей и других «интерактивных» сайтов резко выросла востребованность Node.js как платформы для приложений, реагирующих на действия пользователя: чатов, игр, инструментов совместной работы — теперь всё это делают на JavaScript с помощью Node.js.
Таким образом, Node.js — это событийно-ориентированный I/O фреймворк на JavaScript. Технические особенности Node.js делают приложения на его основе легковесными и эффективными. Этим и объясняется его огромная популярность.
Разработку языка координирует Фонд Node.js, который финансируется по программе поддержки свободных проектов Linux Foundation. Это свободный распределенный проект, в создании которого на безвозмездной основе участвуют тысячи разработчиков со всего мира.
Как используется Node.js
Node.js представляет собой платформу для написания JavaScript-приложений с использованием внешних библиотек.
Благодаря Node.js написанный для браузера код JavaScript получает доступ к глобальным объектам, таким как document и window, наряду с другими API и библиотеками. С помощью Node код обращается к жесткому диску, базам данных и Сети. Это делает возможным написание абсолютно любых приложений: от утилит командной строки и видеоигр до полноценных веб-серверов.
Чаще всего Node.js используется при написании веб-приложений с интенсивным вводом-выводом. Самый распространенный пример — это веб-серверы. Node.js популярен для создания приложений реального времени: чатов, коммуникационных программ и игр. Многие приложения Node.js имеют и серверную, и клиентскую части.
Пакетный менеджер npm
Важной частью Node.js является пакетный менеджер npm — Node.js Packet Manager, который устанавливается вместе с интерпретатором Node (см. ниже).
Как установить Node.js
Последнюю версию Node.js можно скачать с официального сайта nodejs.org. Для большинства пользователей рекомендуется установка версии с долговременной поддержкой (LTS). На данный момент это 8.11.2.
Установленный Node.js предоставляет две программы командной строки: node и npm. Программа node запускает софт, созданный на JavaScript. Например, напишем простую программу на JavaScript, которая выводит в консоль текст:
Сохраним ее в файл skillbox.js. Так вот, установленная программа Node может выполнить эту программу, как и любую другую программу с js-кодом:
Как видим, команда node выполнила программу skillbox.js. Как и положено, она вывела в консоль текст «Skillbox test».
Кроме node, на компьютер устанавливается программа npm — это система управления пакетами Node, необходимая для установки свободно распространяемых инструментов из Сети. Нам как раз впоследствии понадобятся некоторые из этих инструментов, которые нужно будет скачать после установки npm. Все программы здесь скачиваются и устанавливаются стандартным путем:
Доступные пакеты и их краткое описание
Node.js как конструктор приложений
Платформа Node.js содержит огромное количество полезных модулей, помогающих при работе с файлами и каталогами, взаимодействии по Сети и обработке событий. По текущей статистике, для Node.js выпущено более650 000 пакетов свободного программного обеспечения. То есть создание многих приложений похоже на сборку из кубиков конструктора.
Кроме node и npm, нужно еще установить редактор кода, если его у вас до сих пор нет. Есть несколько удобных редакторов, в том числе Visual Studio Code от Microsoft, Brackets от Adobe и популярный свободный редактор Atom. Все они бесплатные.
В дальнейших статьях мы изучим, как работать с Node.js, как настроить Node.js и какие еще инструменты понадобятся в процессе разработки клиентских приложений. Лучше всего начать обучение с вводного курса «JavaScript с нуля».
«JavaScript с нуля» — практический четырехмесячный курс для тех, кто хочет научиться основам языка сценариев с индивидуальным наставником, разработать фронтенд для интерактивного веб-проекта и положить кейс к себе в портфолио. Курс идеально подойдет дизайнерам-разработчикам и начинающим программистам, кто уже знаком и умеет разрабатывать страницу на HTML и CSS, но не намерен останавливаться в изучении программирования.
Преподаватели практически «на пальцах» объяснят базовые основы синтаксиса JavaScript, научат создавать визуальные интерактивные элементы и помогут разработать первый веб-проект на JavaScript.
Пишет про разработку в Skillbox. Работал главным редактором сайта «Хабрахабр», ведет корпоративные блоги.
Почему Node.js — это гуд
Краткое введение в платформу, на которой JavaScript покоряет мир.
Что такое Node.js
Node.js — это система, которая исполняет JavaScript отдельно от вашего браузера. Можно сказать, что это самостоятельная среда для выполнения JavaScript.
Node.js можно установить на сервер (так же, как Python) и исполнять на нём ваш код, отдавая результат исполнения пользователям. На нём же можно делать отдельные приложения, используя дополнительные фреймворки.
Чем хорош Node.js
Если вы начинали изучать программирование, вам будет понятна концепция последовательного исполнения программы. Сначала исполняется первая строчка, потом вторая, потом третья и так далее. Может быть, где-то программа прыгнет вперёд-назад, где-то закольцуется, но в целом она исполняется линейно.
У JS есть фишка — он умеет исполнять код параллельно (условно говоря). Программисты называют это обработкой событий. Программе можно сказать: «Если когда-нибудь произойдёт вот это — выполните вон ту функцию, она знает, что делать». Таких событий можно предусмотреть много — получается, процессы как будто параллельны. Программа может просто сидеть и ждать, когда что-то произойдёт.
Больше того, процессы асинхронны: программа может что-то запросить в самом начале работы — например, спросить что-то у базы данных. И пока база данных чешется, программа на Node.js будет заниматься дальше своими делами. А как придёт ответ — возьмёт его и обработает.
При разработке любой программы на Node.js могут возникнуть сотни таких параллельных событий и обработчиков. Чтобы никто из них не перетягивал одеяло на себя, Node.js делает бесконечный цикл, в котором по кругу предоставляет процессорное время каждой функции. В результате создаётся иллюзия, что они работают параллельно и не мешают друг другу, но на самом деле ими жёстко управляет сама платформа.
Именно такое равномерное распределение всего в цикле событий и даёт Node.js преимущество при создании серверных приложений.
Пример: веб-сервер на Node.js
Как работает обычный веб-сервер
Раньше была такая проблема:
Как работает сервер на Node.js
Для чего ещё нужен Node.js
Кроме веб-приложений этот язык используют для создания любых сервисов, где нужен постоянный обмен информацией с пользователем:
А ещё на нём можно написать практически любое приложение и запустить его под Windows, MacOs или Linux. Это можно использовать для разработки универсальных приложений, например, списка задач, который должен работать на всех платформах, синхронизировать данные в реальном времени и уметь отправлять всё на мобильное устройство.
Последнее время большую популярность набирает использование Node.js для «интернета вещей» — умных чайников, весов и прочей бытовой техники. Здесь Node.js помогает управлять этими приборами и делать серверы, которые могут обрабатывать много запросов одновременно.
Кто это использует
Node.js в качестве основы для своей платформы выбрали много известных компаний:
Руководство для начинающих в Node.js
Автором было замечено множество комментариев в духе “я скачал/скачала Node.js, и что теперь?”. Этот урок отвечает на данный вопрос и объясняет новичку, с чего начать.
Что такое Node.js?
Очень много путаницы у новичков из-за непонимания того, что такое Node.js. И даже описание с официального сайта не помощник.
Важную вещь, которую нужно осознать — Node не является веб-сервером. Сама по себе платформа ничего не делает. Она не работает как Apache. Нет конфигурационных файлов, в которых она указывает вам на HTML-файлы. Если вы хотите, чтобы платформа была HTTP-сервером, вам придётся написать HTTP-сервер (с помощью встроенных библиотек).
Node.js — это просто другой способ выполнять код на вашем компьютере. Это среда выполнения языка JavaScript.
Устанавливаем Node
Node.js легко установить. Достаточно зайти на страницу загрузки официального сайта.
Я установил, и что теперь?
После установки у вас появилась новая команда в командной строке “node”. Вы можете использовать Node двумя способами.
Итак, создаем файл:
hello.js
И сохраняем его в директорию, из которой будем запускать этот файл. Чтобы перейти достаточно в командной строке написать cd полное_название_директории (ну или можно использовать относительную адресацию, о которой можно почитать здесь.
Запускаем в командной строке:
В данном случае мы переместили сообщение файла console.log и отправили этот файл команде node как аргумент. Node запускает код JavaScript в файле и распечатывает “Hello World”.
Файлы ввода/вывода с node.js
Запуск чистого JavaScript — это здорово, но не очень полезно. Поэтому в Node.js есть огромное количество библиотек (модулей) для того, чтобы делать реальные вещи. В данном примере мы откроем файл с записями и будем его обрабатывать.
example_log.txt
Что означает этот файл, не так важно, но нужно знать, что каждая запись содержит дату, букву и значение. Мы хотим соотнести каждую букву с соответствующим значением.
Нам нужно считать содержание файла.
my_parser.js
К счастью, Node.js сильно облегчает обработку содержания файла с помощью встроенного модуля filesystem (fs). Модуль fs имеет функцию readFile, которая берёт путь к файлу и обратный вызов. Обратный вызов будет исполнен, когда файл будет полностью прочитан. Данные файла попадают в форме типа Buffer, что является набором битов. Мы можем конвертировать в строку с помощью функции toString()
Теперь добавим парсировщик (он написан на чистом JavaScript).
my_parser.js
Когда файл будет аргументом команды node, результат распечатается, и будет осуществлён выход.
Асинхронные вызовы в node.js
Как вы заметили в прошлом примере, для Node.js характерно использование асинхронных вызовов. По существу вы пишете, что нужно делать, и когда это будет сделано, будет вызван обратный вызов, потому что node.js однопоточен. Пока вы ждёте запуска обратного вызова, Node.js может уйти и делать другие вещи вместо блокировки до завершения запроса.
Это особенно важно для веб-серверов. Довольно характерно для современных веб-приложений иметь доступ к базам данных. Пока вы ждёте возвращения результата от базы данных, Node может обрабатывать больше запросов. Это позволяет справляться с тысячами параллельных запросов с маленькими накладными расходами по сравнению с созданием отдельного потока для каждого соединения.
Создание веб-сервера с помощью node.js
Как было уже сказано, Node ничего не может делать сам по себе. Один из встроенных модулей позволяет легко создать простой HTTP сервер, пример его использования приведен на главной странице официального сайта.
mywebserver.js
Ещё раз: это базовый веб-сервер, а не сервер с полным функционалом. Он не может обслуживать картинки или HTML-файлы. На самом деле, какой бы вы ни отправили запрос, он возвратит “Hello World”. Однако, вы можете запустить этот скрипт, перейти по адресу http://localhost:8080 в своем браузере и увидеть этот текст.
Вы уже могли заметить, что ваше приложение на node.js больше не останавливается. Всё потому, что вы создали веб-сервер, и ваше приложение на node.js отвечает на запросы до тех пор, пока вы сами его не остановите.
Если вы хотите сделать веб-сервер с полной функциональностью, вам придётся проделать некоторый объем работы: нужно будет проверить все запросы, считать подходящие файлы и отправить вывод обратно. Есть и хорошие новости. Люди уже проделали эту тяжелую работу за вас.
Модуль Express для node.js
Express — это фреймворк, который облегчит создание большинства обычных сайтов. Сперва вам будет необходимо установить его. Вместе с командой node у вас будет доступ к команде “npm”. Этот инструмент даёт доступ к огромному количеству модулей, созданных сообществом, в том числе и Express.
Когда вы установите модуль, он будет положен в папку node_modules в директории вашего приложения. Теперь вы сможете использовать его функциональность так, как будто он встроен.
Давайте создадим базовый статический сервер с использованием Express.
mystaticfile_server.js
Теперь у вас есть довольно умелый статический файловый сервер. Всё, что вы положили в папку public, может быть запрошено и показано браузером: HTML, картинки, почти всё, что угодно. Так, например, если вы положите картинку под названием “my_image.png” внутрь папки public, вы можете открыть картинку прямо в браузере, перейдя по адресу http://localhost:8080/my_image.png. Конечно, Express имеет довольно обширную функциональность, и вы можете изучить её в ходе разработки.
Мы чуть-чуть затронули NPM в предыдущей секции, но мы хотели бы подчеркнуть, как важен этот инструмент при обычной разработке в Node.js. Тысячи модулей доступны для решения почти всех типичных проблем, с которыми вы, вероятно, можете столкнуться. Помните, что стоит проверить NPM прежде, чем изобретать велосипед. Для типичного приложения на node.js характерно иметь множество подключенных модулей.
В предыдущем примере мы вручную установили Express. Если у вас много подключенных библиотек, устанавливать их все вряд ли будет хорошей затеей. Поэтому npm использует файл package.json.
package.json
Файл package.json содержит обзор вашего приложения. Здесь много доступных полей, но представлен необходимый минимум. Секция “dependency” описывает название и версию модулей, которые вы бы хотели установить. В данном случае мы принимаем любую версию Express.3.3. В данной секции вы можете перечислить столько библиотек, сколько вам угодно.
Теперь вместо того, чтобы устанавливать каждую библиотеку отдельно, мы можем запустить одну команду и установить всё необходимое одним махом.
Когда вы запустите команду, npm будет искать в текущей папке файл package.json. Если найдет, то установит каждую библиотеку из списка.
Организация кода в node.js
До сих пор мы использовали один файл, но так очень тяжело обслуживать проект. В большинстве приложений ваш код будет находиться в нескольких файлах. Здесь нет стандартной или принудительной организации того, какие файлы куда идут. Это не Rails. Вы делаете то, что вам хочется.
Давайте реорганизуем скрипт, обрабатывающий файл с записями. Впоследствии будет намного легче тестировать и обслуживать, если мы поместим логику разбора в отдельный файл.
parser.js
То, что мы сделали, было созданием нового файла, содержащего логику для обработки записей. Это только стандартный код JavaScript, и существует множество способов внедрить этот код. Мы выбрали то, как определить новый объект JavaScript, и его легко модульно протестировать.
Важной строчкой является “module.exports”. Это пояснение для Node, что вы экспортируете из этого файла. В данном случае я экспортирую конструктор, поэтому пользователи могут создавать экземпляры моего объекта типа Parser. Вы можете экспортировать, что захотите.
Так как мы экспортировали конструктор, то это то, что будет возвращено из запроса. Теперь мы можем создавать экземпляры объектов типа Parser и использовать их.