Node.js概述

简介

Node是JavaScript语言的服务器运行环境。

所谓“运行环境”有两层意思:首先,JavaScript语言通过Node在服务器运行,在这个意义上,Node有点像JavaScript虚拟机;其次,Node提供大量工具库,使得JavaScript语言与操作系统互动(比如读写文件、新建子进程),在这个意义上,Node又是JavaScript的工具库。

Node内部采用Google公司的V8引擎,作为JavaScript语言解释器;通过自行开发的libuv库,调用操作系统资源。

安装、更新以及基本用法,请查看前面的文章。

异步操作

Node采用V8引擎处理JavaScript脚本,最大特点就是单线程运行,一次只能运行一个任务。这导致Node大量采用异步操作(asynchronous opertion),即任务不是马上执行,而是插在任务队列的尾部,等到前面的任务运行完后再执行。

由于这种特性,某一个任务的后续操作,往往采用回调函数(callback)的形式进行定义。


var isTrue = function(value, callback) {
if (value === true) {
callback(null, "Value was true.");
}
else {
callback(new Error("Value is not true!"));
}
}

上面代码就把进一步的处理,交给回调函数callback。

Node约定,如果某个函数需要回调函数作为参数,则回调函数是最后一个参数。另外,回调函数本身的第一个参数,约定为上一步传入的错误对象。


var callback = function (error, value) {
if (error) {
return console.log(error);
}
console.log(value);
}

上面代码中,callback的第一个参数是Error对象,第二个参数才是真正的数据参数。这是因为回调函数主要用于异步操作,当回调函数运行时,前期的操作早结束了,错误的执行栈早就不存在了,传统的错误捕捉机制try…catch对于异步操作行不通,所以只能把错误交给回调函数处理。

try {
db.User.get(userId, function(err, user) {
if(err) {
throw err
}
// ...
})
} catch(e) {
console.log(‘Oh no!’);
}

上面代码中,db.User.get方法是一个异步操作,等到抛出错误时,可能它所在的try…catch代码块早就运行结束了,这会导致错误无法被捕捉。所以,Node统一规定,一旦异步操作发生错误,就把错误对象传递到回调函数。

如果没有发生错误,回调函数的第一个参数就传入null。这种写法有一个很大的好处,就是说只要判断回调函数的第一个参数,就知道有没有出错,如果不是null,就肯定出错了。另外,这样还可以层层传递错误。

if(err) {
// 除了放过No Permission错误意外,其他错误传给下一个回调函数
if(!err.noPermission) {
return next(err);
}
}

全局对象和全局变量

Node提供以下几个全局对象,它们是所有模块都可以调用的。

  • global:表示Node所在的全局环境,类似于浏览器的window对象。需要注意的是,如果在浏览器中声明一个全局变量,实际上是声明了一个全局对象的属性,比如var x = 1等同于设置window.x = 1,但是Node不是这样,至少在模块中不是这样(REPL环境的行为与浏览器一致)。在模块文件中,声明var x = 1,该变量不是global对象的属性,global.x等于undefined。这是因为模块的全局变量都是该模块私有的,其他模块无法取到。

  • process:该对象表示Node所处的当前进程,允许开发者与该进程互动。

  • console:指向Node内置的console模块,提供命令行环境中的标准输入、标准输出功能。

Node还提供一些全局函数。

  • setTimeout():用于在指定毫秒之后,运行回调函数。实际的调用间隔,还取决于系统因素。间隔的毫秒数在1毫秒到2,147,483,647毫秒(约24.8天)之间。如果超过这个范围,会被自动改为1毫秒。该方法返回一个整数,代表这个新建定时器的编号。
  • clearTimeout():用于终止一个setTimeout方法新建的定时器。
  • setInterval():用于每隔一定毫秒调用回调函数。由于系统因素,可能无法保证每次调用之间正好间隔指定的毫秒数,但只会多于这个间隔,而不会少于它。指定的毫秒数必须是1到2,147,483,647(大约24.8天)之间的整数,如果超过这个范围,会被自动改为1毫秒。该方法返回一个整数,代表这个新建定时器的编号。
  • clearInterval():终止一个用setInterval方法新建的定时器。
  • require():用于加载模块。
  • Buffer():用于操作二进制数据。

Node提供两个全局变量,都以两个下划线开头。

  • __filename:指向当前运行的脚本文件名。
  • __dirname:指向当前运行的脚本所在的目录。

除此之外,还有一些对象实际上是模块内部的局部变量,指向的对象根据模块不同而不同,但是所有模块都适用,可以看作是伪全局变量,主要为module, module.exports, exports等。

模块化结构

概述

Node.js采用模块化结构,按照CommonJS规范定义和使用模块。模块与文件是一一对应关系,即加载一个模块,实际上就是加载对应的一个模块文件。

require命令用于指定加载模块,加载时可以省略脚本文件的后缀名。

var circle = require('./circle.js');
// 或者
var circle = require('./circle');

require方法的参数是模块文件的名字。它分成两种情况,第一种情况是参数中含有文件路径(比如上例),这时路径是相对于当前脚本所在的目录,第二种情况是参数中不含有文件路径,这时Node到模块的安装目录,去寻找已安装的模块(比如下例)。

var bar = require('bar');

有时候,一个模块本身就是一个目录,目录中包含多个文件。这时候,Node在package.json文件中,寻找main属性所指明的模块入口文件。

{
"name" : "bar",
"main" : "./lib/bar.js"
}

上面代码中,模块的启动文件为lib子目录下的bar.js。当使用require('bar')命令加载该模块时,实际上加载的是./node_modules/bar/lib/bar.js文件。下面写法会起到同样效果。

var bar = require('bar/lib/bar.js')

如果模块目录中没有package.json文件,node.js会尝试在模块目录中寻找index.js或index.node文件进行加载。

模块一旦被加载以后,就会被系统缓存。如果第二次还加载该模块,则会返回缓存中的版本,这意味着模块实际上只会执行一次。如果希望模块执行多次,则可以让模块返回一个函数,然后多次调用该函数。

核心模块

如果只是在服务器运行JavaScript代码,用处并不大,因为服务器脚本语言已经有很多种了。Node.js的用处在于,它本身还提供了一系列功能模块,与操作系统互动。这些核心的功能模块,不用安装就可以使用,下面是它们的清单。

  • http:提供HTTP服务器功能。
  • url:解析URL。
  • fs:与文件系统交互。
  • querystring:解析URL的查询字符串。
  • child_process:新建子进程。
  • util:提供一系列实用小工具。
  • path:处理文件路径。
  • crypto:提供加密和解密功能,基本上是对OpenSSL的包装。

上面这些核心模块,源码都在Node的lib子目录中。为了提高运行速度,它们安装时都会被编译成二进制文件。

核心模块总是最优先加载的。如果你自己写了一个HTTP模块,require('http')加载的还是核心模块。

自定义模块

Node模块采用CommonJS规范。只要符合这个规范,就可以自定义模块。

下面是一个最简单的模块,假定新建一个foo.js文件,写入以下内容。

// foo.js

module.exports = function(x) {
console.log(x);
};

上面代码就是一个模块,它通过module.exports变量,对外输出一个方法。

这个模块的使用方法如下。

// index.js

var m = require('./foo');

m("这是自定义模块");

上面代码通过require命令加载模块文件foo.js(后缀名省略),将模块的对外接口输出到变量m,然后调用m。这时,在命令行下运行index.js,屏幕上就会输出“这是自定义模块”。

$ node index
这是自定义模块

module变量是整个模块文件的顶层变量,它的exports属性就是模块向外输出的接口。如果直接输出一个函数(就像上面的foo.js),那么调用模块就是调用一个函数。但是,模块也可以输出一个对象。下面对foo.js进行改写。

// foo.js

var out = new Object();

function p(string) {
console.log(string);
}

out.print = p;

module.exports = out;

上面的代码表示模块输出out对象,该对象有一个print属性,指向一个函数。下面是这个模块的使用方法。

// index.js

var m = require('./foo');

m.print("这是自定义模块");

上面代码表示,由于具体的方法定义在模块的print属性上,所以必须显式调用print属性。

异常处理

Node是单线程运行环境,一旦抛出的异常没有被捕获,就会引起整个进程的崩溃。所以,Node的异常处理对于保证系统的稳定运行非常重要。

一般来说,Node有三种方法,传播一个错误。

  • 使用throw语句抛出一个错误对象,即抛出异常。
  • 将错误对象传递给回调函数,由回调函数负责发出错误。
  • 通过EventEmitter接口,发出一个error事件。

try…catch结构

最常用的捕获异常的方式,就是使用try…catch结构。但是,这个结构无法捕获异步运行的代码抛出的异常。

try {
process.nextTick(function () {
throw new Error("error");
});
} catch (err) {
//can not catch it
console.log(err);
}

try {
setTimeout(function(){
throw new Error("error");
},1)
} catch (err) {
//can not catch it
console.log(err);
}

上面代码分别用process.nextTick和setTimeout方法,在下一轮事件循环抛出两个异常,代表异步操作抛出的错误。它们都无法被catch代码块捕获,因为catch代码块所在的那部分已经运行结束了。

一种解决方法是将错误捕获代码,也放到异步执行。

function async(cb, err) {
setTimeout(function() {
try {
if (true)
throw new Error("woops!");
else
cb("done");
} catch(e) {
err(e);
}
}, 2000)
}

async(function(res) {
console.log("received:", res);
}, function(err) {
console.log("Error: async threw an exception:", err);
});
// Error: async threw an exception: Error: woops!

上面代码中,async函数异步抛出的错误,可以同样部署在异步的catch代码块捕获。

这两种处理方法都不太理想。一般来说,Node只在很少场合才用try/catch语句,比如使用JSON.parse解析JSON文本。

回调函数

Node采用的方法,是将错误对象作为第一个参数,传入回调函数。这样就避免了捕获代码与发生错误的代码不在同一个时间段的问题。

fs.readFile('/foo.txt', function(err, data) {
if (err !== null) throw err;
console.log(data);
});

上面代码表示,读取文件foo.txt是一个异步操作,它的回调函数有两个参数,第一个是错误对象,第二个是读取到的文件数据。如果第一个参数不是null,就意味着发生错误,后面代码也就不再执行了。

下面是一个完整的例子。

function async2(continuation) {
setTimeout(function() {
try {
var res = 42;
if (true)
throw new Error("woops!");
else
continuation(null, res); // pass 'null' for error
} catch(e) {
continuation(e, null);
}
}, 2000);
}

async2(function(err, res) {
if (err)
console.log("Error: (cps) failed:", err);
else
console.log("(cps) received:", res);
});
// Error: (cps) failed: woops!

上面代码中,async2函数的回调函数的第一个参数就是一个错误对象,这是为了处理异步操作抛出的错误。

EventEmitter接口的error事件

发生错误的时候,也可以用EventEmitter接口抛出error事件。

var EventEmitter = require('events').EventEmitter;
var emitter = new EventEmitter();

emitter.emit('error', new Error('something bad happened'));

使用上面的代码必须小心,因为如果没有对error事件部署监听函数,会导致整个应用程序崩溃。所以,一般总是必须同时部署下面的代码。

emitter.on('error', function(err) {
console.error('出错:' + err.message);
});

uncaughtException事件

当一个异常未被捕获,就会触发uncaughtException事件,可以对这个事件注册回调函数,从而捕获异常。

var logger = require('tracer').console();
process.on('uncaughtException', function(err) {
console.error('Error caught in uncaughtException event:', err);
});

try {
setTimeout(function(){
throw new Error("error");
},1);
} catch (err) {
//can not catch it
console.log(err);
}

只要给uncaughtException配置了回调,Node进程不会异常退出,但异常发生的上下文已经丢失,无法给出异常发生的详细信息。而且,异常可能导致Node不能正常进行内存回收,出现内存泄露。所以,当uncaughtException触发后,最好记录错误日志,然后结束Node进程。

process.on('uncaughtException', function(err) {
logger.log(err);
process.exit(1);
});

unhandledRejection事件

iojs有一个unhandledRejection事件,用来监听没有捕获的Promise对象的rejected状态。

var promise = new Promise(function(resolve, reject) {
reject(new Error("Broken."));
});

promise.then(function(result) {
console.log(result);
})

上面代码中,promise的状态变为rejected,并且抛出一个错误。但是,不会有任何反应,因为没有设置任何处理函数。

只要监听unhandledRejection事件,就能解决这个问题。

process.on('unhandledRejection', function (err, p) {
console.error(err.stack);
})

需要注意的是,unhandledRejection事件的监听函数有两个参数,第一个是错误对象,第二个是产生错误的promise对象。这可以提供很多有用的信息。

var http = require('http');

http.createServer(function (req, res) {
var promise = new Promise(function(resolve, reject) {
reject(new Error("Broken."))
})

promise.info = {url: req.url}
}).listen(8080)

process.on('unhandledRejection', function (err, p) {
if (p.info && p.info.url) {
console.log('Error in URL', p.info.url)
}
console.error(err.stack)
})

上面代码会在出错时,输出用户请求的网址。

Error in URL /testurl
Error: Broken.
at /Users/mikeal/tmp/test.js:9:14
at Server.<anonymous> (/Users/mikeal/tmp/test.js:4:17)
at emitTwo (events.js:87:13)
at Server.emit (events.js:169:7)
at HTTPParser.parserOnIncoming [as onIncoming] (_http_server.js:471:12)
at HTTPParser.parserOnHeadersComplete (_http_common.js:88:23)
at Socket.socketOnData (_http_server.js:322:22)
at emitOne (events.js:77:13)
at Socket.emit (events.js:166:7)
at readableAddChunk (_stream_readable.js:145:16)

命令行脚本

node脚本可以作为命令行脚本使用。

$ node foo.js

上面代码执行了foo.js脚本文件。

foo.js文件的第一行,如果加入了解释器的位置,就可以将其作为命令行工具直接调用。

#!/usr/bin/env node

调用前,需更改文件的执行权限。

$ chmod u+x foo.js
$ ./foo.js arg1 arg2 ...

作为命令行脚本时,console.log用于输出内容到标准输出,process.stdin用于读取标准输入,child_process.exec()用于执行一个shell命令。

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