Что такое node js и зачем он нужен

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:

Источник

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:

Источник

О Node.js®

Как асинхронное событийное JavaScript-окружение, Node.js спроектирован для построения масштабируемых сетевых приложений. Ниже приведен пример «hello world», который может одновременно обрабатывать много соединений. Для каждого соединения вызывается функция обратного вызова, однако, когда соединений нет Node.js засыпает.

Этот подход контрастирует с более распространенной на сегодняшний день моделью параллелизма, в которой используются параллельные OS потоки. Такой подход является относительно неэффективным и очень сложным в использовании. Кроме того, пользователи Node.js могут не беспокоиться о блокировках процессов, поскольку их не существует. Почти ни одна из функций в Node.js не работает напрямую с I/O, поэтому поток никогда не блокируется. В следствии этого на Node.js легко разрабатывать масштабируемые системы.

Для более детального знакомства с этим подходом, можно ознакомится с полной статьей Blocking vs Non-Blocking.

Node.js создан под влиянием таких систем как Event Machine в Ruby или Twisted в Python. Но при этом событийная модель, в нем, используется значительно шире, принимая event loop за основу окружения, а не в качестве отдельной библиотеки. В других системах всегда происходят блокировки вызова, чтобы запустить цикл событий.

HTTP является объектом первого рода в Node.js, разработанным с поточностью и малой задержкой, что делает Node.js хорошей основой для веб-библиотеки или фреймворка.

В© OpenJS Foundation. All Rights Reserved. Portions of this site originally В© Joyent.

Источник

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.

Источник

Всё что вам нужно знать о Node.js

Привет, Хабр! Представляю вашему вниманию перевод статьи «Everything you need to know about Node.js» автора Jorge Ramón.

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.

О чем пойдёт речь:

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 выделяет 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.

Блокирующий ввод/вывод

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 выделяет 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:

Non-blocking I/O

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.

Но как насчёт libuv? Если Вы помните, эта библиотека помогает Node.js исполнять операции ввода/вывода с помощью потоков ОС избегая блокировки главного потока и Вы абсолютно правы, это решение нашей проблемы, но для того, что бы это стало возможным, наш модуль должен быть написан на языке C++, что бы libuv могла с ним работать.

К счастью, начиная с v10.5 в Node.js добавлен нативный модуль Worker Threads.

Воркеры и их потоки

Воркеры полезны для выполнения CPU-ёмких JavaScript операций; не используйте их для операций ввода/вывода, уже встроенные в Node.js механизмы более эффективно справляются с такими задачами, чем Worker thread.

Исправление кода

Пришло время переписать наш код:

primes-workerthreads.js изменён немного. Он импортирует workerData (это копия параметров, переданных с основного потока) и parentPort через который результат работы воркера передаётся назад в главный поток.

Теперь давайте испробуем наш пример снова и посмотрим, что случиться:

Основной поток больше не блокируется .

Теперь всё работает как нужно, но плодить воркеры без всяких на то причин все же не лучшая практика, создавать потоки не дешёвое удовольствие. Обязательно создайте пул потоков перед этим.

Заключение

Node.js мощная технология, которую стоит изучить при возможности.
Моя личная рекомендация – всегда будьте любопытными! Если Вы знаете, как что-то работает изнутри, Вы сможете работать с этим более эффективно.

Это всё на сегодня, ребята. Я надеюсь этот пост был полезен для Вас и вы узнали что-то новое о Node.js.

Спасибо за прочтение и до встречи в следующих постах.

Источник