что такое node js server side javascript
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:
Всё что вам нужно знать о Node.js
В наши дни платформа Node.js является одной из самых популярных платформ для построения эффективных и масштабируемых REST API’s. Она так же подходит для построения гибридных мобильных приложений, десктопных программ и даже для IoT.
Я работаю с платформой Node.js более 6 лет и я на самом деле люблю её. Этот пост главным образом пытается быть путеводителем по тому, как Node.js работает на самом деле.
Мир до Node.js
Многопоточный сервер
Веб-приложения, написанные следуя клиент/серверной архитектуре, работают по следующей схеме — клиент запрашивает нужный ресурс у сервера и сервер отправляет ресурс в ответ. В этой схеме сервер, ответив на запрос, прерывает соединение.
Такая модель эффективна поскольку каждый запрос к серверу потребляет ресурсы (память, процессорное время и т.д.). Для того чтобы обрабатывать каждый последующий запрос от клиента, сервер должен завершить обработку предыдущего.
Значит ли это, что сервер может обрабатывать только один запрос за раз? Не совсем! Когда сервер получает новый запрос он создаёт отдельный поток для его обработки.
Поток, если простыми словами, это время и ресурсы, что CPU выделаят на выполнение небольшого блока инструкций. С учётом сказанного, сервер может обрабатывать несколько запросов одновременно, но только по одному на поток. Такая модель так же называться thread-per-request model.
Для обработки N запросов серверу нужно N потоков. Если сервер получает N+1 запросов, тогда он должен ждать пока один из потоков не станет доступным.
На рисунке выше, сервер может обрабатывать до 4 запросов (потоков) единовременно и когда он получает следующие 3 запроса, эти запросы должны ждать пока любой из этих 4 потоков не станет доступным.
Один из способов избавиться от ограничений — добавить больше ресурсов (памяти, ядер процессора и т. д.) на сервер, но это не самое лучшее решение….
И, конечно, не забываем о технологических ограничениях.
Ограниченное число потоков на сервере не единственная проблема. Возможно, Вам стало интересно почему один поток не может обрабатывать несколько запросов одновременно? всё из-за блокирующих операций ввода/вывода.
Допустим, Вы разрабатываете онлайн магазин и Вам нужна страница где пользователь может просматривать список всех товаров.
Пользователь стучится на http://yourstore.com/products и сервер рендерит HTML файл со всеми продуктами с базы данных в ответ. Совсем не сложно, да?
Но, что же происходит за кулисами?
На сколько медленны операции ввода/вывода? Ну это зависит от конкретной. Давайте обратимся к таблице:
Операции сети и чтения с диска слишком медленные. Представьте сколько запросов или обращений к внешним API ваша система могла бы обработать за это время.
Подбивая итоги: операции ввода/вывода заставляют поток ждать и тратить ресурсы впустую.
Проблема C10K
Проблема
C10k (англ. C10k; 10k connections — проблема 10 тысяч соединений)
В ранние 2000-е, серверные и клиентские машины были медленными. Проблема возникала при параллельной обработке 10 000 клиентских соединений к одной машине.
Но почему традиционная модель thread-per-request (поток на запрос) не могла решить эту проблему? Что ж, давайте используем немного математики.
Нативная реализация потоков выделаят больше 1 Мб памяти на поток, выходя из этого — для 10 тысяч потоков требуется 10 Гб оперативной памяти и это только для стека потоков. Да, и не забывайте, мы в начале 2000-х!!
В наши дни серверные и клиентские компьютеры работают быстрее и эффективней и почти любой язык программирования или фреймворк справляются с этой проблемой. Но фактически проблема не исчерпана. Для 10 миллионов клиентских соединений к одной машине проблема возвращается вновь (но теперь она C10M Problem).
JavaScript спасение?
Осторожно, спойлеры.
Node.js на самом деле решает проблему C10K… но как?!
Серверный JavaScript не был чем-то новым и необычным в начале 2000-х, на тот момент уже существовали реализации поверх JVM (java virtual machine) — RingoJS и AppEngineJS, что работали на модели thread-per-request.
Но если они не смогли решить проблему, тогда как Node.js смог?! Всё из-за того, что JavaScript однопоточный.
Node.js и цикл событий
Node.js
Node.js это серверная платформа, что работает на движке Google Chrome — V8, который умеет компилировать JavaScript код в машинный код.
Node.js использует событийно-ориентированную модель и неблокирующую ввод / вывод архитектуру, что делает его легковесным и эффективным. Это не фреймворк, и не библиотека, это среда выполнения JavaScript.
Давайте напишем маленький пример:
Node.js использует неблокирующие ввод/вывод операции, что же это значит:
Давайте напишем пример, в котором на запрос к /home сервер в ответ шлёт HTML страницу, а для всех других запросов — ‘Hello World’. Что бы отослать HTML страницу сначала ее нужно прочитать из файла.
Функции что попадают в http.createServer и fs.readFile как аргументы — колбэки. Эти функции будут выполнены в какой-то из моментов в будущем (Первая, как только сервер получит запрос, а вторая — когда файл будет прочитан с диска и помещён в буфер).
Пока файл считывается с диска, Node.js может обрабатывать другие запросы и даже считывать файл снова и всё это в одном потоке… но как?!
Цикл событий
Цикл событий — это магия, которая происходит внутри Node.js. Это буквально бесконечный цикл и на самом деле один поток.
Libuv — C библиотека которая реализует этот паттерн и является частью ядра Node.js. Вы можете узнать больше о libuv здесь.
Цикл событий имеет 6 фаз, каждое исполнение всех 6 фаз называют tick-ом.
Хорошо, есть только один поток, и этот поток и есть цикл событий, но тогда кто выполняет все операции ввода/вывода?
Обратите внимание.
Когда циклу событий нужно выполнить операцию ввода/вывода он использует поток ОС с тредпула (thread pool), а когда задача выполнена, коллбэк ставится в очередь во время фазы pending callbacks.
Разве это не круто?
Проблема CPU-ёмких задач
Node.js кажется идеальным! Вы можете создавать всё, что захотите.
Давайте напишем API для вычислений простых чисел.
Простое число — это целое (натуральное) число больше единицы и делимое только на 1 и на само себя.
Дано число N, API должен вычислять и возвращать первые N простых чисел в список (или массив).
prime.js это реализация нужных вычислений: функция isPrime проверяет является ли число простым, а nthPrime возвращает N таких чисел.
Предположим, к нам стучатся 3 клиента и пытаются получить доступ к нашему не блокирующемуся вводом/выводом API:
Когда третий клиент шлёт запрос — главный поток блокируется и это главный признак проблемы CPU-ёмких задач. Когда главный поток занят исполнением «тяжёлой» задачи он становится недоступен для других задач.
Руководство для начинающих по серверной веб-разработке с Node.js
Большую часть своей веб-карьеры я работал исключительно на стороне клиента. Проектирование адаптивных макетов, создание визуализаций из больших объемов данных, создание инструментальных панелей приложений и т. Д. Но мне никогда не приходилось иметь дело с маршрутизацией или HTTP-запросами напрямую. До не давнего времени.
Этот пост представляет собой описание того, как я узнал больше о веб-разработке на стороне сервера с помощью Node.js, и краткое сравнение написания простого HTTP-сервера с использованием 3 разных сред, Express, Koa.js и Hapi.js.
Примечание: если вы опытный разработчик Node.js, вы, вероятно, подумаете о том, что это все элементарно/просто. ¯\_(ツ)_/¯.
Некоторые основы сети
Когда я начал работать в веб-индустрии пару лет назад, я наткнулся на курс по компьютерным сетям профессора Дэвида Ветерала на Coursera. К сожалению, он больше не доступен, но лекции по-прежнему доступны на веб-сайте Pearson.
Мне очень понравился этот курс, потому что он объяснял, что происходило под капотом, в понятной форме, поэтому, если вы можете взять в руки учебник «Компьютерные сети», прочитайте все подробности о чудесах сети.
Здесь, однако, я собираюсь лишь кратко рассказать о контексте. HTTP (Hypertext Transfer Protocol) — это протокол связи, используемый в компьютерных сетях. В Интернете их много, таких как SMTP (простой протокол передачи почты), FTP (протокол передачи файлов), POP3 (протокол почтового отделения 3) и так далее.
Эти протоколы позволяют устройствам с совершенно разным аппаратным / программным обеспечением связываться друг с другом, поскольку они предоставляют четко определенные форматы сообщений, правила, синтаксис и семантику и т.д. Это означает, что, пока устройство поддерживает определенный протокол, оно может связываться с любым другим устройством. в сети.
От TCP / IP против OSI: в чем разница между двумя моделями?
Операционные системы обычно поставляются с поддержкой сетевых протоколов, таких как HTTP, из коробки, что объясняет, почему нам не нужно явно устанавливать какое-либо дополнительное программное обеспечение для доступа в Интернет. Большинство сетевых протоколов поддерживают открытое соединение между двумя устройствами, что позволяет им передавать данные туда и обратно.
HTTP, на котором работает сеть, отличается. Он известен как протокол без установления соединения, потому что он основан на режиме работы запрос / ответ. Веб-браузеры отправляют на сервер запросы на изображения, шрифты, контент и т.д., но после выполнения запроса соединение между браузером и сервером разрывается.
Servers and Clients
Термин сервер может слегка сбивать с толку людей, впервые знакомых с отраслью, поскольку он может относиться как к аппаратному обеспечению (физические компьютеры, на которых размещены все файлы и программное обеспечение, требуемое веб-сайтами), так и к программному обеспечению (программе, которая позволяет пользователям получать доступ к этим файлам в Интернете).
Сегодня мы поговорим о программной стороне вещей. Но сначала несколько определений. URL обозначает Universal Resource Locator и состоит из 3 частей: протокола, сервера и запрашиваемого файла.
Структура URL адреса
Протокол HTTP определяет несколько методов, которые браузер может использовать, чтобы попросить сервер выполнить кучу различных действий, наиболее распространенными из которых являются GET и POST. Когда пользователь щелкает ссылку или вводит URL-адрес в адресную строку, браузер отправляет GET-запрос на сервер для получения ресурса, определенного в URL-адресе.
Сервер должен знать, как обрабатывать этот HTTP-запрос, чтобы получить правильный файл, а затем отправить его обратно браузеру, который его запросил. Наиболее популярное программное обеспечение веб-сервера, которое обрабатывает это Apache и NGINX.
Веб-серверы обрабатывают входящие запросы и отвечают на них соответственно
Оба представляют собой полнофункциональные пакеты программного обеспечения с открытым исходным кодом, которые включают в себя такие функции, как схемы аутентификации, перезапись URL-адресов, ведение журнала и проксирование, и это лишь некоторые из них. Apache и NGINX написаны на C. Технически, вы можете написать веб-сервер на любом языке. Python, golang.org/pkg/net/http, Ruby, этот список может продолжаться довольно долго. Просто некоторые языки лучше выполняют определенные вещи, чем другие.
Создание HTTP сервера с Node.js
Node.js — это среда выполнения Javascript, построенная на движке Chrome V8 Javascript. Он поставляется с модулем http, который предоставляет набор функций и классов для построения HTTP-сервера.
Для этого базового HTTP-сервера мы также будем использовать файловую систему, путь и URL-адрес, которые являются собственными модулями Node.js.
Начните с импорта необходимых модулей.
Мы также создадим словарь типов MIME, чтобы мы могли назначить соответствующий тип MIME запрашиваемому ресурсу на основе его расширения. Полный список типов MIME можно найти в Internet Assigned Numbers Authority (интернет-центре назначенных номеров).
Мы передадим функцию-обработчик запроса в createServer() с объектами запроса и ответа. Эта функция вызывается один раз каждый раз, когда к серверу поступает HTTP-запрос.
Объект request является экземпляром IncomingMessage и позволяет нам получать доступ ко всей информации о запросе, такой как статус ответа, заголовки и данные.
Объект response является экземпляром ServerResponse, который является записываемым потоком и предоставляет множество методов для отправки данных обратно клиенту.
В обработчике запросов мы хотим сделать следующее:
Весь код размещен на Glitch, и вы можете сделать ремикс на проект, если хотите.
Создание HTTP-сервера с фреймворками Node.js
Фреймворки Node.js, такие как Express, Koa.js и Hapi.js, поставляются с различными полезными функциями промежуточного программного обеспечения, в дополнение к множеству других удобных функций, которые избавляют разработчиков от необходимости писать самим.
Лично я чувствую, что лучше сначала изучать основы без фреймворков, просто для понимания того, что происходит под капотом, а затем после этого сходить с ума с любым фреймворком, который вам нравится.
В Express имеется собственный встроенный плагин для обслуживания статических файлов, поэтому код, необходимый для выполнения тех же действий, что и в собственном Node.js, значительно короче.
У каждой из этих платформ есть свои плюсы и минусы, и они будут более очевидными для более крупных приложений, а не просто для обслуживания одной HTML-страницы. Выбор структуры будет сильно зависеть от реальных требований проекта, над которым вы работаете.
Server-side JS (v8+Node)
Недавно видел на хабре спор по поводу того, что нам не нужны никакие скриптовые языки, кроме javascript. Утверждение, конечно, спорное, но меня заинтересовала возможность применения javascript на сервере.
Поиски привели меня сюда. Из всех представленных там решений, я почему-то (просто оно с первого раза встало и заработало) выбрал библиотеку Node для google v8.
Установка достаточно проста: сначала устанавливаем v8. Его либо можно скачать отсюда, либо, если у вас ubuntu (у меня 9.04, не знаю, что там с другими версиями и дистрибутивами), то можно установить libv8 из репозиториев. Сам Node берем здесь.
var utils = («/utils.js»);
var http = («/http.js»);
http.createServer(function (request, response) <
response.sendHeader(200, <"Content-Type": "text/plain">);
response.sendBody(«Hello!\n»);
response.finish();
>).listen(8000);
utils.puts(«Server running at 127.0.0.1:8000/»);
Кроме этого, в Node есть много очень полезных функций и объектов для работы с файлами, процессами, удобного подключения модулей и др. И на Node уже успели написать несколько библиотек, список тут.
Единственное огорчение, которое меня ждало — это почти полное отсутствие документации как по v8 (именно по встроенным объектам, что странно, возможно я плохо искал, если найдете, то поделитесь ссылкой, пожалуйста), так и по Node (там она как бы есть, но устаревшая). Благо, ситуацию немного прояснили тесты и исходники.
Веб-фреймворк Express (Node.js/JavaScript)
Express представляет собой популярный веб-фреймворк, написанный на JavaScript и работающий внутри среды исполнения node.js. Этот модуль освещает некоторые ключевые преимущества этого фреймворка, установку среды разработки и выполнение основных задач веб-разработки и развёртывания.
Предварительные требования
Перед началом этого модуля вам необходимо представлять, что из себя представляет серверное программирование и веб-фреймворки, желательно из прочтения статей другого модуля Server-side website programming first steps. Знакомство с основными концепциями программирования и языком программирования JavaScript будет очень полезным, но оно не является обязательным для понимания базовых понятий этого модуля.
Примечание: Этот веб-сайт содержит множество источников для изучения JavaScript в контексте разработки на стороне клиента: JavaScript, JavaScript Guide, JavaScript Basics, JavaScript (изучение). Ключевые особенности и концепции языка JavaScript остаются сходными и для серверной разработки на Node.js и используемый материал достаточно релевантен. Node.js предоставляет additional APIs для обеспечения функциональности, которая полезна для «безбраузерной» разработки, т.е. для создания HTTP-сервера и доступа к файловой системе, но не поддерживает JavaScript APIs для работы с браузером и DOM.
Это руководство обеспечит вас некоторой информацией о работе с Node.js и Express, но также существуют и другие многочисленные отличные ресурсы в Интернете и книгах — некоторые из них доступны из тем How do I get started with Node.js (StackOverflow) и What are the best resources for learning Node.js? (Quora).
Руководства
Смотрите также
Изучите другие учебники
Это все статьи учебника (на данный момент). Если вы хотите продолжить обучение, есть другие интересные темы:
И, конечно, было бы неплохо создать какой-либо проверочный тест знаний!