[JavaScript知识库]一文简单入门Node.js

前言

JavaScript语言是网站开发必不可少的语言，只要有浏览器就能运行起来JavaScript代码。另外JavaScript还能单独运行在Node.js环境中，本文章重点介绍Node.js相关的基础内容，为深入了解Node.js铺路，后续会更新Node.js深入介绍。

Node.js安装及使用

安装很简单，在官网下载安装就行了，地址是 https://nodejs.org/zh-cn 。安装完后在控制台输入node -v 后能有显示则证明安装成功，这个时候可以开始各种倒腾了。

root@localhost:~$ node -v         
v16.17.0

可以创建一个JavaScript文件，用node命令来执行。

root@localhost:~$ echo 'console.log("hello world!")'> helloworld.js     
root@localhost:~$ node  helloworld.js
hello world!

Node.js源码初步分析

Node.js是怎么实现JavaScript代码执行的呢？Node.js源码地址是 https://github.com/nodejs/node/tree/main ，查看源码我们可以看到deps文件夹下面有很多依赖组件，其中最为核心的依赖组件是v8和uv文件夹。

├── deps
│   ├── acorn
│   ├── base64
│   ├── brotli
│   ├── cares
│   ├── cjs-module-lexer
│   ├── corepack
│   ├── googletest
│   ├── histogram
│   ├── icu-small
│   ├── llhttp
│   ├── nghttp2
│   ├── ngtcp2
│   ├── npm
│   ├── openssl
│   ├── undici
│   ├── uv
│   ├── uvwasi
│   ├── v8
│   └── zlib

Node.js基于v8 JavaScript 引擎和libuv实现了单线程/异步IO的JavaScript运行环境，显然没有线程资源抢夺场景，但是Node.js核心亮点不在于提供单线程JavaScript运行环境，而在于实现了跨平台的异步IO，其中linux系统下通过IO多路复用(epoll)+线程池来实现，Mac OS X系统下则是通过IO多路复用(kqueue)+线程池来实现，由于IO多路复用的实现依赖系统底层的实现，所以实现方法不一样。严格来说在linux和Mac OS X使用的都是同步IO，因为IO多路复用（select，poll，epoll等）就是同步IO，只是引入了线程池模拟实现了异步IO，让大家能够轻松使用异步语法（回调函数的处理），以下是官网提供的libuv实现异步IO的技术架构图。

由于JavaScript程序是单线程执行，代码肯定要有一定的执行顺序逻辑，定时器以及异步的回调函数何时执行也有讲究，Node.js提供了event_loop功能（事件循环机制）来判断什么时候执行。
比如下面的代码，输出的顺序是1，4，2，3。

console.log('1');
setTimeout(() => {
    console.log('2');
}, 1);
setTimeout(() => {
    console.log('3');
}, 1);
console.log('4');

比如下面的代码，输出的顺序是2，1。

setTimeout(() => {
  console.log(1);
}, 1);
/*模拟费时间的cpu计算,也可以用其他真实耗时的算法，比如计算素数和DFS全排列等*/
let now = new Date();
while(new Date () - now < 5*1000){}

从以上2个case可以总结出以下执行规则。
1.同步代码执行优先级都比setTimeout高。
2.setTimeout的定时不精准，会被其他同步代码影响。单线程定时器出现这个问题不出意外。
要了解更多的执行顺序的规则，就必须了解Node.js的事件循环机制。

Node.js事件循环机制

根据上面的case，可以大概得出Node.js的执行代码逻辑。
1.主线程执行同步代码。
2.主线程将异步任务插入到待执行任务队列中。
3.经过事件循环逻辑处理，按优先级执行队列里面的任务。
上面的逻辑应该比较容易理解，以下是官网提供的事件循环具体执行细节，包含了6个执行阶段。

   ┌───────────────────────────┐
┌─>│           timers          │
│  └─────────────┬─────────────┘
│  ┌─────────────┴─────────────┐
│  │     pending callbacks     │
│  └─────────────┬─────────────┘
│  ┌─────────────┴─────────────┐
│  │       idle, prepare       │
│  └─────────────┬─────────────┘      ┌───────────────┐
│  ┌─────────────┴─────────────┐      │   incoming:   │
│  │           poll            │<─────┤  connections, │
│  └─────────────┬─────────────┘      │   data, etc.  │
│  ┌─────────────┴─────────────┐      └───────────────┘
│  │           check           │
│  └─────────────┬─────────────┘
│  ┌─────────────┴─────────────┐
└──┤      close callbacks      │
   └───────────────────────────┘

阶段概述
定时器：本阶段执行已经被 setTimeout() 和 setInterval() 的调度回调函数。
待定回调：执行延迟到下一个循环迭代的 I/O 回调。
idle, prepare：仅系统内部使用。
轮询：检索新的 I/O 事件;执行与 I/O 相关的回调（几乎所有情况下，除了关闭的回调函数，那些由计时器和 setImmediate() 调度的之外），其余情况 node 将在适当的时候在此阻塞。
检测：setImmediate() 回调函数在这里执行。
关闭的回调函数：一些关闭的回调函数，如：socket.on(‘close’, …)。
这些概述来自官网：https://nodejs.org/zh-cn/docs/guides/event-loop-timers-and-nexttick/。

Node.js工程实践

Node.js版本管理

平时开发过程可能涉及不同的Node.js版本切换，可以通过安装nvm来进行管理，下载地址是https://github.com/nvm-sh/nvm ，下面是一些相关的命令例子。

root@localhost:~$ nvm use 16
Now using node v16.15.1 (npm v8.11.0)
root@localhost:~$ node -v
v16.15.1
root@localhost:~$ nvm install 12
Downloading and installing node v12.22.12...
Downloading https://nodejs.org/dist/v12.22.12/node-v12.22.12-darwin-x64.tar.gz...
########################################################################################################################### 100.0%
Computing checksum with shasum -a 256
Checksums matched!
Now using node v12.22.12 (npm v6.14.16)
root@localhost:~$ node -v
v12.22.12

Node.js 工程依赖包管理

Python工程可以通过pip工具来管理依赖包，JAVA工程可以通过maven工具来管理依赖包，自然Node.js也得有个依赖包管理工具。Node.js则是用npm来管理工程依赖包。
创建一个文件夹，然后cd进去执行npm init就是初始化Node.js工程，同时会在本地生成package.json文件。

mkdir app && cd app &&  npm init

package.json文件内容如下

{
  "name": "app",
  "version": "1.0.0",
  "description": "",
  "main": "index.js",
  "scripts": {
    "test": "echo \"Error: no test specified\" && exit 1"
  },
  "author": "",
  "license": "ISC"
}

可以通过npm install来安装其他的依赖包，如下安装koa（基于Node.js的web开发框架）。

npm install koa --save-dev

package.json文件更新如下

{
  "name": "app",
  "version": "1.0.0",
  "description": "",
  "main": "index.js",
  "scripts": {
    "test": "echo \"Error: no test specified\" && exit 1"
  },
  "author": "",
  "license": "ISC",
  "devDependencies": {
    "koa": "^2.13.4"
  }
}

Node.js应用场景

跨平台开发（PC端，移动端）
嵌入式相关开发（Node.js轻量而且JavaScript编程简单，如手表系统/路由器系统等）
全栈开发（统一前后端语言）

No de => De no?

和Node一样提供JavaScript运行环境的还有一个叫Deno的程序，从名字上来看就是Node按No de的倒序，但是2者之间的开源项目关联不大，具体可以查看官网安装和使用（https://deno.land/），这里不展开介绍，额外引出的一个探索话题。

未完，持续更新。