node.js开发指南读书笔记（1）

3.1 开始使用Node.js编程

3.1.1 Hello World

将以下源代码保存到helloworld.js文件中

console.log('Hello World!');
console.log('%s:%d', 'hello', 25);

找到文件位置，执行node helloworld.js。结果如下：

3.1.2 Node.js命令行工具

　　输入：node --help可以看到详细的帮助信息。

　　

　　除了直接运行脚本外,node --help显示的用法中说明了另一种输出hello world方式。

　　

　　使用node的REPL模式

　　REPL（Read-eval-print loop）,即输入-求值-输出循环。

　　

　　进入REPL模式后，会出现一个">"提示符提示你输入，输入后按回车，Node.js将会解析并执行命令。如果你执行了一个函数，那么REPL还会在下面显示这个函数的返回值，上面例子中的undefined就是console.log的返回值，如果你输入了一个错误指令，REPL会立即显示错误并输出调用栈。在任何时候连续按两次CTRL + C即可退出Node.js的REPL模式。

　　node提出REPL在应用开发时会给人带来很大的便利，例如我们可以测试一个包能否正常使用，单独调用应用的某一个模块，执行简单的计算等。

3.1.3 建立HTTP服务器

　　node.js的服务器架构与PHP架构

　　

　　建立一个名为app.js的文件，代码如下：

var http = require('http');

http.createServer(function(req, res){
    res.writeHead(200, {'Content-type':'text/html'});
    res.write('<h1>Node.js</h1>');
    res.end('<p>Hello world</p>');
        }).listen(3000);
console.log('HTTP server is listening at port 3000.')

　　运行node app.js，打开浏览器http://127.0.0.1:3000，就可以看到图3-2所示的内容。

　　

　　　　　　　　　　图3-2 用Node.js实现的Http服务器

　　用Node.js实现的最简单的HTTP服务器就这样诞生了。这个程序调用了Node.js提供的http模块,对所有HTTP请求答复同样的内容监听3000端口。在终端中运行这个脚本时，我们会发现它并不像Hello World一样结束后立即退出，而是一直等待，直到按下CTRL + C才会结束。这是因为listen函数中创建了事件监听器，使得Node.js进程不会退出事件循环。

　　小技巧——使用supervisor。

　　安装：$ npm install -g supervisor

　　如果你使用的是linux或Mac,直接键入上面的命令很可能有权限错误。原因是npm需要把supervisor安装到系统目录，需要管理员权限，可以使用sudo npm install -g supervisor命令来安装。

　　接下来使用supervisor命令启动app.js

　　

3.2 异步式I/O与事件式编程

　　Node.js最大的特定就是异步式I/O（或者非阻塞I/O）与事件紧密结合的编程模式。这种模式与传统的同步式I/O线性的编程思想有很大的不同，因为控制流很大程度上要靠事件和回调函数来组织，一个逻辑要拆分为若干个单元。

3.2.1 阻塞与线程

　　什么是阻塞（block）呢？线程在执行中如果遇到磁盘读写或者网络通信（统称为I/O操作），通常需要耗费较长的时间，这时操作系统会剥夺这个线程的CPU控制权，使其暂停执行，同时将资源让给其他的工作线程，这个线程调度方式称为阻塞。当I/O操作完毕时，操作系统将这个线程的阻塞状态解除，恢复其对CPU的控制权，令其继续执行。这种I/O模式就是通常的同步式I/O(Synchronous I/O)或阻塞式（Blocking I/O）。

　　相应地，异步式I/O（Asynchronous I/O）或非阻塞式I/O（Non-blocking I/O）则针对所有I/O操作采用不阻塞的策略。当线程遇到I/O操作时，不会以阻塞的方式等待I/O操作的完成或数据的返回，而只是将I/O请求发送给操作系统，继续执行下一条语句。当操作系统完成I/O操作时，以事件的形式通知执行I/O操作的线程，线程会在特定时候处理这个事件。为了处理异步I/O，线程必须有事件循环，不断地检查有没有未处理的事件，一次予以处理。

　　阻塞模式下，一个线程只能处理一项任务，要想提高吞吐量必须多线程。而非阻塞模式下，一个线程永远在执行计算操作，这个线程所使用的CPU核心利用率永远是100%，I/O以事件的方式通知。在阻塞模式下，多线程往往能提高系统吞吐量，因为一个线程阻塞时还有其他线程在工作，多线程可以让CPU资源不被阻塞中的线程浪费。而在非阻塞模式下，线程不会被I/O阻塞，永远在利用CPU。多线程带来的好处仅仅是在多核CPU的情况下利用更多的核，而Node.js的单线程也能带来同样的好处。这就是为什么Node.js使用了单线程、非阻塞的事件编程模式。

　　图3-3和图3-4分别是多线程同步式与单线程异步式I/O的示例。假设我们有一项工作，可以分为两个计算部分和一个I/O部分，I/O部分占的时间比计算多得多（通常都是这样的）。如果我们使用阻塞I/O，那么要想获得高并发就必须开启多个线程。而使用异步式I/O时，单线程即可胜任。

　　单线程事件驱动的异步式I/O比传统多线程阻塞式I/O究竟好在哪里呢？简而言之，异步式I/O就是少了多线程的开销。对操作系统来说，创建一个线程的代价是十分昂贵的，需要给它分配内存，列入调度，同时在线程键切换的时候，还要执行内存换页，CPU的缓存被清空，切换回来的时候，还要重新从内存中读取信息，破坏了数据的局部性。

　　当然，异步式编程的缺点在于不符合人们一般的程序设计思维，容易让控制流变得晦涩难懂，给编码和调试都带来不小的困难。

　　

3.2.2 回调函数

　　让我们看看在Node.js中如何使用异步的方式读取一个文件，下面是一个例子：

// readfile.js
var fs = require('fs');
fs.readFile('file.txt', 'utf-8', function(err, data)
{
    if (err)
    {
        console.error(err);
    } else
    {
        console.log(data);
    }
});
console.log('end')

　　在新建一个文件file.txt,输入hello world!

　　运行结果如下：

　　D:\001code\0011nodejs>node readfile.js
　　end
　　hello world!

　　Node.js 也提供了同步读取文件的API：

// readfilesync.js
var fs = require('fs');
var data = fs.readFileSync('file.txt', 'utf-8');
console.log(data);
console.log('end');

　　运行结果如下：

　　D:\001code\0011nodejs>node readfilesync.js
　　hello world!

　　end

　　比较运行结果：同步的先输出读取文件的内容，在输出end，而异步是先输出end，再输出文件的内容。fs.readFile调用时所做的工作只是将异步式I/O请求发送给了操作系统，然后立即返回并执行后面的语句，执行完以后进入事件循环监听事件。当fs收到I/O请求完成的事件时，事件循环会主动调用回调函数以完成后续工作。因此我们会先看到end,再看到file.txt文件的内容。

3.2.3 事件

　　Node.js所有的异步I/O操作在完成时都会发送一个事件到事件队列。在开发者看来，事件由EventEmitter对象提供。前面提到的fs.readFile和http.createServer的回调函数都是通过EventEmitter来实现的。下面我们用一个简单的例子说明EventEmitter的用法:

// event.js
var EventEmitter = require('events').EventEmitter;
var event = new EventEmitter();

event.on('some_event', function(){
    console.log('some_event occured.');
});

setTimeout(function(){
        event.emit('some_event');
}, 1000);

　　运行这段代码， 一秒后控制台输出了some_event occured.其原理是event对象注册了事件some_event的一个监听器，然后我们通过setTimeout在1000毫秒以后向event对象发送事件some_event,此时会调用some_event监听器。

Node.js的时间循环机制
　　Node.js在什么时候会进入事件循环呢？答案是Node.js程序由事件循环开始，到事件循环结束，所有的逻辑都是事件的回调函数，所以Node.js始终在事件循环中，程序入口就是事件循环第一个事件的回调函数。事件的回调函数在执行的过程中，可能会发出I/O请求或直接发射（emit）事件，执行完毕后再事件循环，事件循环会检查事件队列中有没有未处理的事件，直到程序结束。

　　与其他语言不同的是，Node.js没有显示的事件循环，类似Ruby的EventMachine::run()的函数在Node.js中是不存在的。Node.js的事件循环对开发者不可见，由libev实现。libev支持多种类型的事件，如ev_io, ev_timer, ev_signal,
ev_idle等，在Node.js中均被EventEmitter封装。libev事件循环的每一次迭代，在Node.js中就是一次Tick,libev不断检查是否有活动的、可供检查的时间监听器，直到检测不到时才退出事件循环，进行结束。事件，执行完毕后再事件循环，事件循环会检查事件队列中有没有未处理的事件，直到程序结束。

　　与其他语言不同的是，Node.js没有显示的事件循环，类似Ruby的EventMachine::run()的函数在Node.js中是不存在的。Node
.js的事件循环对开发者不可见，由libev实现。libev支持多种类型的事件，如ev_io, ev_timer, ev_signal, ev_idle等，在Node.js中均被EventEmitter封装。libev事件循环的每一次迭代，在Node.js中就是一次Tick,libev不断检查是否有活动的、可供检查的时间监听器，直到检测不到时才退出事件循环，进行结束。

　　

3.3 模块和包

3.3.1 什么是模块
　　模块时Node.js应用程序的基本组成部分，文件和模块时一一对应的。换言之，一个Node.js文件就是一个模块，这个文件可以是javascript代码、JSON或者编译过的C/C++扩展。
在前面的例子中，我们曾经用到var http = require('http'),其中http是Node.js的一个核心模块，其内部用C++实现的，外部用javascript封装，我们通过require函数获取了这个模块，然后才能使用其中的对象。

3.3.2 创建及加载模块
（1） 创建模块
　　在Node.js中，创建一个模块非常简单，因为一个文件就是一个模块，我们要关注的问题仅仅在于如何在其他文件中获取这个模块。Node.js提供了exports和require两个对象，其中exports是模块公开的接口，require用于从外部获取一个模块的接口，即所获取模块的exports对象。
　　让我们以一个例子来了解模块。创建一个module.js的文件，内容是：

// module.js
var name;

exports.setName = function(thyName){
  name = thyName;
};

exports.sayHello = function(){
  console.log('Hello ' + name);
}

　　在同一目录下，创建getmodule.js，内容是:

// getmodule.js

var myModule = require('./module');
myModule.setName('BYVoid');
myModule.sayHello();

　　运行 node getmodule.js,结果如下：

　　hello BYVoid

（2）单次加载

/*===============================================
# Last modified:2014-08-27 13:55
# Filename:loadmodule.js
# Description: 单次加载示例
=================================================*/

var hello1 = require('./module');
hello1.setName('BYVoid1');

var hello2 = require('./module');
hello2.setName('BYVoide2');

hello1.sayHello();

　　运行 node loadmodule.js 结果如下：

　　Hello BYVoide2

　　这是因为变量hello1和hello2指向的是同一个实例，因此hello1.setName的结果被hello2.setName覆盖,最终结果是由后者决定。

　　（3）覆盖exports

　　a 第一种方法 exports.Hello

　　模块

/*===============================================
# Author: RollerCoaster
# Last modified:2014-08-27 14:02
# Filename: singleobject.js
# Description: 覆盖exports示例1
=================================================*/
function Hello(){
    var name;
    this.setName = function(thyName){
        name = thyName;
    };

    this.sayHello = function(){
    console.log('Hello ' + name + '!');
    };
};

exports.Hello = Hello;

　　调用代码:

/*===============================================
# Author: RollerCoaster
# Last modified:2014-08-27 14:05
# Filename: runSingleObject.js
# Description: 调用singleobject模块
=================================================*/
var Hello = require('./singleobject').Hello;
hello = new Hello();
hello.setName('roller coaster');
hello.sayHello();

　　运行结果:

　　Hello roller coaster!

　   b 第二种方法 module.exports = Hello;

　　模块代码：

/*===============================================
# Author: RollerCoaster
# Last modified:2014-08-27 14:17
# Filename: hello.js
# Description: hello 模块
=================================================*/
function Hello(){
    var name;
    this.setName = function(thyName){
    name=thyName;
    };    

    this.sayHello = function(){
    console.log('Hello ' + name + '!');
    }
};

module.exports = Hello;

　　调用代码

/*===============================================
# Author: RollerCoaster
# Last modified:2014-08-27 14:17
# Filename: gethello.js
# Description: 调用hello模块
=================================================*/
var Hello = require('./Hello');
hello = new Hello();
hello.setName('roller coaster');
hello.sayHello();

　　注意，模块接口的唯一变化是使用module.exports = Hello 代替了exports.Hello = Hello。在外部调用该模块时，其接口对象就是要输出Hello对象本身，而不是原先的exports。　　

　　事实上，exports本身仅仅是一个普通的空对象，即{}，它专门用来声明接口，本质上是通过它为模块闭包内部建立了一个有限的访问接口。因为它没有任何特殊的地方。所以可以用其他东西来代替，譬如我们上面例子上的Hello对象。

　　不可以通过对 exports直接复制代替对module.exports赋值。exports实际上只是一个和module.exports指向同一个对象的变量，它本身会在模块执行结束后释放，但module不会，因此只能通过指定module.exports来改变访问接口。