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青训营 |「Node.js 与前端开发实战」

#前端#JavaScript#Node.js#青训营104
AI 生成的摘要
这节课介绍了Node.js的应用场景，包括前端工程化、Web服务端应用和Electron跨端桌面应用。讲解了Node.js的运行时结构和特点，如异步I/O、单线程和跨平台能力。最后教授了如何编写一个Http Server和Http Client来实现收发GET和POST请求的功能。

本节课重点内容#

Node.js 的应用场景（why）#

  • 前端工程化

    • 早期的 jQuery 等库都是直接在页面中引入，后来模块化逐渐成熟，Node.js 赋予了开发者在浏览器外运行代码的能力，前端逐渐模块化、

    • Bundle：webpack、Vite、esbuild、Parcel等

    • Uglify：UglifyJS

    • Transplie：babeljs、TypeScript

      个人理解：Transplie 就是将 ES6 这样最新的语法转译成低版本的写法，实现浏览器兼容

    • 其他语言加入前段工程化的竞争：esbuild、Parcel 、prisma 等

    • 现状：Node.js 难以替代

  • Web 服务端应用

    • 学习曲线平缓，开发效率较高
    • 运行效率接近常见的编译语言
    • 社区生态丰富及工具链成熟（npm，V8 inspector）
    • 与前端结合的场景会有优势（SSR，同构前端应用。 编写页面 和 后端数据的获取和填充都由 JavaScript 来完成）
    • 现状：竞争激烈，Node.js 有自己独特的优势

  • Electron跨端桌面应用

    • 商业应用: vscode、slack、discord、zoom
    • 大型公司内的效率工具
    • 现状：大部分场景在选型时，都值得考虑

Node.js 运行时结构（what）#

image.png

  • N-API：用户代码中利用 npm 安装的一些包
  • V8：JavaScript Runtime，诊断调试工具 (inspector)
  • libuv：eventloop (事件循环)，syscall (系统调用)
    • 举例：用 node-fetch 发起请求时
    • 整个过程中底层会调用非常多的 c++ 代码

特点

  • 异步 I/O：

    setTimeout(() => {
    console.log('B');
})
console.log('A');

    • 一个常见场景：读取文件时。当 Node.js 执行 I/O 操作时，会在响应返回后恢复操作，而不是阻塞线程并占用额外内存等待。（内存占用更少）

      image.png

  • 单线程

    • worker_thread 可以起一个独立线程，但每个线程的模型没有太大变化

      function fibonacci(num:number):number {
	if(num === 1 || num === 2) {
        return 1;
    }
    return fibonacci(num-1) + fibonacci(num-2);
}
fibonacci(42)
fibonacci(43)

    • JS 单线程

      • 实际线程 + uv 线程池（4 个线程） + V8 任务线程池 + V8 Inspector 线程

    • 优点：不用考虑多线程状态同步问题，也就不需要锁。同时还能比较高效地利用系统资源；

    • 缺点：阻塞会产生更多负面影响、异步问题、延时有要求的场景需要考虑。

      • 解决办法：多进程或多线程

  • 跨平台（大部分功能、api）

    • 想用 linux 上的 Socket，而不同平台上调用的又不一样，只需：

      const net = require('net')
const socket = new net.Socket('/tmp/socket.sock')

    • Node.js 跨平台 + JS 无需编译环境（+ Web 跨平台 + 诊断工具跨平台）

      • = 开发成本低（大部分场景无需担心跨平台问题），整体学习成本低

编写 Http Server （how）#

安装 Node.js#

编写 Http Server + Client, 收发 GET, POST 请求#

  • 前提：安装好 Node.js，以管理员权限打开 cmd 下转至当前文件目录下

Http Server#

  • 首先编写一个 server.js，如下

    • createServer 说明

      req 请求，res 响应

      server.listen 说明

      port 要监听的端口号，成功后的回调函数

    • const http = require('http');
const server = http.createServer((req, res) => {
    res.end('hello'); // 响应直接就是hello
});
const port = 3000;
server.listen(port, () => {
    console.log(`server listens on:${port}`);	// 监听3000端口
})

  • 使用 node 启动，此时输入 localhost:3000 就可以看到 hello

image.png

image.png

  • 改为 JSON 版
  const server = http.createServer((req, res) => {
      // receive body from client
      const bufs = [];    // 取传的数据
      req.on('data', data => {
          bufs.push(data);
      });
      req.on('end', () => {
          const buf = Buffer.concat(bufs).toString('utf-8');
          let msg = 'Hello';
          try {
              reqData = JSON.parse(buf);
              msg = reqData.msg;
          } catch (err) {
              res.end('invalid json');
          }
          // response
          const responseJson = {
              msg: `receive：${msg}`
          }
          res.setHeader('Content-Type', 'application/json');
          res.end(JSON.stringify(responseJson));
      });
  });
  • image.png
  • image.png

Http Client#

const http = require('http');
const body = JSON.stringify({ msg: 'hello from my own client' });
// [url] [option] [callback]
const req = http.request('http://127.0.0.1:3000', {
    method: 'POST',
    headers: {
        'Content-Type': 'application/json',
        'Content-Length': body.length,
    },
}, (res) => {   // 响应体   
    const bufs = [];
    res.on('data', data => {
        bufs.push(data);
    });
    res.on('end', () => {
        const buf = Buffer.concat(bufs);
        const receive = JSON.parse(buf);
        console.log('receive json.msg is:', receive);
    });
})
req.end(body);

image.png

Promisify#

可以用 Promise + async 和 await 重写这两个例子（why？）

当 await 关键字与异步函数一起使用时，它的真正优势就变得明显了 —— 事实上， await 只在异步函数里面才起作用。它可以放在任何异步的，基于 promise 的函数之前。它会暂停代码在该行上，直到 promise 完成，然后返回结果值。在暂停的同时，其他正在等待执行的代码就有机会执行了

async/await 让你的代码看起来是同步的，在某种程度上，也使得它的行为更加地同步。 await 关键字会阻塞其后的代码，直到 promise 完成，就像执行同步操作一样。它确实可以允许其他任务在此期间继续运行，但您自己的代码被阻塞。

  • 回调写太多容易找不到，不宜维护

    function wait(t) {
    return new Promise((resolve, reject) => {
        setTimeout(() => {
            resolve();
        }, t);
    });
}
wait(1000).then(() => { console.log('get called'); });

  • 并不是所有回调都适合改写成 Promise

    • 适合只被调用一次的回调函数
    const server = http.createServer(async (req, res) => {  // 注意这里的async
    // receive body from client 改成了Promise形式
    const msg = await new Promise((resolve, reject) => {    //执行完再交给msg
        const bufs = [];    
        req.on('data', data => {
            bufs.push(data);
        });
        req.on('error', (err) => {
            reject(err);
        })
        req.on('end', () => {
            const buf = Buffer.concat(bufs).toString('utf-8');
            let msg = 'Hello';
            try {
                reqData = JSON.parse(buf);
                msg = reqData.msg;
            } catch (err) {
                // 
            }
            resolve(msg);
        });
    });
    // response
    const responseJson = {
        msg: `receive：${msg}`
    }
    res.setHeader('Content-Type', 'application/json');
    res.end(JSON.stringify(responseJson));
});

image.png

编写静态文件服务器#

编写一个简单的静态服务，接受用户发过来的 http 请求，拿到图片的 url 约定为静态文件服务器磁盘上对应的路径，再把具体内容返回给用户。这次除了 http 模块，还需要 fs 模块和 path 模块

先编写一个简单的 index.html，放于 static 目录下

image.png

static_server.js#

const http = require('http');
const fs = require('fs');
const path = require('path');
const url = require('url');
// __dirname是当前这个文件所在位置, ./为当前文件所在文件夹 folderPath即为static文件夹相对于当前文件路径
const folderPath = path.resolve(__dirname, './static');

const server = http.createServer((req, res) => {  // 注意这里的async
    // expected http://127.0.0.1:3000/index.html
    const info = url.parse(req.url);

    // static/index.html
    const filepath = path.resolve(folderPath, './'+info.path);
    console.log('filepath', filepath);
    // stream风格的api，其内部内存使用率更好
    const filestream = fs.createReadStream(filepath);
    filestream.pipe(res);
});
const port = 3000;
server.listen(port, () => {
    console.log(`server listens on:${port}`);
})

image.png

image.png

  • 与高性能、可靠的服务相比，还差什么？
  1. CDN：缓存 + 加速
  2. 分布式储存，容灾（服务器挂了也能正常服务）

编写 React SSR 服务#

  • SSR (server side rendering) 有什么特点？
  • 相比传统 HTML 模版引擎：避免重复编写代码
  • 相比 SPA (single page application)：首屏渲染更快，SEO（搜索引擎优化）友好
  • 缺点：
    • 通常 qps（每秒查询率）较低，前端代码编写时需要考虑服务端渲染情况
    • 编写比较难，编写 js 还要考虑前端中的表现

安装 React#

npm init
npm i react react-dom

编写示例#

const React = require('react');
const ReactDOMServer = require('react-dom/server');
const http = require('http');
function App(props) {
    return React.createElement('div', {}, props.children || 'Hello');
}
const server = http.createServer((req, res) => {
    res.end(`
        <!DOCTYPE html>
        <html>
            <head>
                <title>My Application</title>
            </head>
            <body>
                ${ReactDOMServer.renderToString(
                    React.createElement(App, {}, 'my_content'))}
                <script>
                    alert('yes');
                </script>
            </body>
        </html>
    `);
})
const port = 3000;
server.listen(port, () => {
    console.log('listening on: ', port);
})

image.png

  • SSR 难点
  1. 需要处理打包代码
  2. 需要思考前端代码在服务端运行时的逻辑
  3. 移除对服务端无意义的副作用，或重置环境

适用 inspector 进行调试、诊断#

  • V8 Inspector: 开箱即用、特性丰富强大、与前端开发一致、跨平
    台

    • node -- inspect
    • open http://localhost:9229/json

    image.png

  • 场景:

    • 查看 console.log 内容
    • breakpoint
    • 高 CPU、死循环: cpuprofile
    • 高内存占用：heapsnapshot（堆快照）
    • 性能分析

部署简介#

写完了，如何部署到生产环境捏？

  • 部署要解决的问题

    • 守护进程：当进程退出时，重新拉起

    • 多进程：cluster 便捷地利用多进程

    • 记录进程状态，用于诊断

  • 容器环境

    • 通常有健康检查的手段，只需考虑多核 cpu 利用率即可

延伸话题#

快速了解 Node.js 代码#

Node. js Core 贡献入门

  • 好处
    • 从使用者的角色逐步理解底层细节，可以解决更复杂的问题，
    • 自我证明，有助于职业发展；
    • 解决社区问题，促进社区发展；
  • 难点:
    • 花时间（真实）

编译 Node.js#

  • 为什么要学习编译 Node.js
    • 认知：黑盒到白盒，发生问题时能有迹可循
    • 贡献代码的第一步
  • 如何编译
    • ./configure &&make install
    • 演示：给 net 模块添加自定义属性

诊断 / 追踪#

  • 诊断是一个低频、重要同时也相当有挑战的方向。是企业衡量自己能否依赖一个门语言的重要参考。
  • 技术咨询行业中的热门角色。
  • 难点:
    • 需要了解 Node.js 底层，需要了解操作系统以及各种工具
    • 需要经验

WASM, NAPI#

  • Node.js (因为 V8) 是执行 WASM 代码的天然容器，和浏览器 WASM 是同一运行时，同时 Node.js 支持 WASI。
  • NAPI 执行 C 接口的代码 (C/C++/Rust...)，同时能保留原生代码的性能。
  • 不同编程语言间通信的一种方案。

总结感想#

本节课从 Node.js 介绍起，实现了其编写 Http Server 的一个实战（并用 Promise 优化回调，还对 SSR 有了一定的了解），并在延伸话题里老师也给出了一些建议与拓展阅读，好欸～

本文引用的内容大部分来自欧阳亚东老师的课以及 MDN。

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