ISRPO/Лекции/Node.js/Node.js.md

Node.js - кроссплатформенная среда выполнения JavaScript с открытым исходным кодом.

Node.js — это опенсорсная кроссплатформенная среда выполнения для JavaScript, которая работает на серверах. С момента выпуска этой платформы в 2009 году она стала чрезвычайно популярной и в наши дни играет весьма важную роль в области веб-разработки. Если считать показателем популярности число звёзд, которые собрал некий проект на GitHub, то Node.js, у которого более 50000 звёзд, это очень и очень популярный проект.

Платформа Node.js построена на базе JavaScript движка V8 от Google, который используется в браузере Google Chrome. Данная платформа, в основном, используется для создания веб-серверов, однако сфера её применения этим не ограничивается.

Скорость

Одной из основных привлекательных особенностей Node.js является скорость. JavaScript-код, выполняемый в среде Node.js, может быть в два раза быстрее, чем код, написанный на компилируемых языках, вроде C или Java, и на порядки быстрее интерпретируемых языков наподобие Python или Ruby. Причиной подобного является неблокирующая архитектура платформы, а конкретные результаты зависят от используемых тестов производительности, но, в целом, Node.js — это очень быстрая платформа.

Простота

Платформа Node.js проста в освоении и использовании. На самом деле, она прямо-таки очень проста, особенно это заметно в сравнении с некоторыми другими серверными платформами.

JavaScript

В среде Node.js выполняется код, написанный на JavaScript. Это означает, что миллионы фронтенд-разработчиков, которые уже пользуются JavaScript в браузере, могут писать и серверный, и клиентский код на одном и том же языке программирования без необходимости изучать совершенно новый инструмент для перехода к серверной разработке.

Движок V8

В основе Node.js, помимо других решений, лежит опенсорсный JavaScript-движок V8 от Google, применяемый в браузере Google Chrome и в других браузерах. Это означает, что Node.js пользуется наработками тысяч инженеров, которые сделали среду выполнения JavaScript Chrome невероятно быстрой и продолжают работать в направлении совершенствования V8.

Асинхронность

В традиционных языках программирования (C, Java, Python, PHP) все инструкции, по умолчанию, являются блокирующими, если только разработчик явным образом не позаботится об асинхронном выполнении кода. В результате если, например, в такой среде, произвести сетевой запрос для загрузки некоего JSON-кода, выполнение потока, из которого сделан запрос, будет приостановлено до тех пор, пока не завершится получение и обработка ответа.

JavaScript значительно упрощает написание асинхронного и неблокирующего кода с использованием единственного потока, функций обратного вызова (коллбэков) и подхода к разработке, основанной на событиях. Каждый раз, когда нам нужно выполнить тяжёлую операцию, мы передаём соответствующему механизму коллбэк, который будет вызван сразу после завершения этой операции. В результате, для того чтобы программа продолжила работу, ждать результатов выполнения подобных операций не нужно.

Подобный механизм возник в браузерах. Мы не можем позволить себе ждать, скажем, окончания выполнения AJAX-запроса, не имея при этом возможности реагировать на действия пользователя, например, на щелчки по кнопкам. Для того чтобы пользователям было удобно работать с веб-страницами, всё, и загрузка данных из сети, и обработка нажатия на кнопки, должно происходить одновременно, в режиме реального времени.

Асинхронные механизмы позволяют единственному Node.js-серверу одновременно обрабатывать тысячи подключений, не нагружая при этом программиста задачами по управлению потоками и по организации параллельного выполнения кода. Подобные вещи часто являются источниками ошибок.

Node.js предоставляет разработчику неблокирующие базовые механизмы ввода вывода, и, в целом, библиотеки, использующиеся в среде Node.js, написаны с использованием неблокирующих парадигм. Это делает блокирующее поведение кода скорее исключением, чем нормой.

Когда Node.js нужно выполнить операцию ввода-вывода, вроде загрузки данных из сети, доступа к базе данных или к файловой системе, вместо того, чтобы заблокировать ожиданием результатов такой операции главный поток, Node.js инициирует её выполнение и продолжает заниматься другими делами до тех пор, пока результаты выполнения этой операции не будут получены.

Библиотеки

Благодаря простоте и удобству работы с менеджером пакетов для Node.js, который называется npm, экосистема Node.js прямо-таки процветает. Сейчас в реестре npm имеется более полумиллиона опенсорсных пакетов, которые может свободно использовать любой Node.js-разработчик.

Установка Node.js

Node.js можно устанавливать различными способами, которые мы сейчас рассмотрим. Так, официальные установочные пакеты для всех основных платформ можно найти на официальном сайте.

Существует ещё один весьма удобный способ установки Node.js, который заключается в использовании менеджера пакетов, имеющегося в операционной системе. Например, менеджер пакетов macOS, который является фактическим стандартом в этой области, называется Homebrew. Если он в вашей системе есть, вы можете установить Node.js, выполнив эту команду в командной строке:

brew install node

Список менеджеров пакетов для других операционных систем, в том числе — для Linux и Windows, можно найти так же на официальном сайте.

Популярным менеджером версий Node.js является nvm. Это средство позволяет удобно переключаться между различными версиями Node.js, с его помощью можно, например, установить и попробовать новую версию Node.js, после чего, при необходимости, вернуться на старую. Nvm пригодится и в ситуации, когда нужно испытать какой-нибудь код на старой версии Node.js.

Первое Node.js-приложение

Самым распространённым примером первого приложения для Node.js можно назвать простой веб-сервер. Вот его код:

const http = require('http')
const hostname = '127.0.0.1'
const port = 3000
const server = http.createServer((req, res) => {
  res.statusCode = 200
  res.setHeader('Content-Type', 'text/plain')
  res.end('Hello World\n')
})
server.listen(port, hostname, () => {
  console.log(`Server running at http://${hostname}:${port}/`)
})

Для того чтобы запустить этот код, сохраните его в файле server.js и выполните в терминале такую команду:

node server.js

Для проверки сервера откройте какой-нибудь браузер и введите в адресной строке http://127.0.0.1:3000, то есть — тот адрес сервера, который будет выведен в консоли после его успешного запуска. Если всё работает как надо — на странице будет выведено «Hello World».

Разберём этот пример.

Для начала, обратите внимание на то, что код содержит команду подключения модуля http.

Платформа Node.js является обладателем замечательного стандартного набора модулей, в который входят отлично проработанные механизмы для работы с сетью.

Метод createServer() объекта http создаёт новый HTTP-сервер и возвращает его.

Сервер настроен на прослушивание определённого порта на заданном хосте. Когда сервер будет готов, вызывается соответствующий коллбэк, сообщающий нам о том, что сервер работает.

Когда сервер получает запрос, вызывается событие request, предоставляющее два объекта. Первый — это запрос (req, объект http.IncomingMessage), второй — ответ (res, объект http.ServerResponse). Они представляют собой важнейшие механизмы обработки HTTP-запросов.

Первый предоставляет в наше распоряжение сведения о запросе. В нашем простом примере этими данными мы не пользуемся, но, при необходимости, с помощью объекта req можно получить доступ к заголовкам запроса и к переданным в нём данным.

Второй нужен для формирования и отправки ответа на запрос.

В данном случае ответ на запрос мы формируем следующим образом. Сначала устанавливаем свойство statusCode в значение 200, что указывает на успешное выполнение операции:

res.statusCode = 200

Далее, мы устанавливаем заголовок Content-Type:

res.setHeader('Content-Type', 'text/plain')

После этого мы завершаем подготовку ответа, добавляя его содержимое в качестве аргумента метода end():

res.end('Hello World\n')

Литература

Руководство по Node.js, часть 1: общие сведения и начало работы