Node.js 运行时环境

Node.js 是一个基于 Chrome V8 引擎的 JavaScript 运行时环境，让开发者能够使用 JavaScript 构建高性能的服务器端应用程序。

什么是 Node.js

Node.js 是一个开源的、跨平台的 JavaScript 运行时环境，具有以下特点：

事件驱动：非阻塞 I/O 模型
单线程：使用事件循环处理并发
跨平台：支持 Windows、macOS、Linux
包管理：npm 生态系统

核心特性

事件驱动架构


const fs = require('fs');
 
// 非阻塞文件读取
fs.readFile('input.txt', (err, data) => {
    if (err) {
        console.error('读取文件错误:', err);
        return;
    }
    console.log('文件内容:', data.toString());
});
 
console.log('程序继续执行...');

非阻塞 I/O


const http = require('http');
 
const server = http.createServer((req, res) => {
    // 处理请求
    res.writeHead(200, { 'Content-Type': 'text/plain' });
    res.end('Hello World\n');
});
 
server.listen(3000, () => {
    console.log('服务器运行在 http://localhost:3000/');
});

模块系统


// CommonJS 模块
const express = require('express');
const path = require('path');
 
// ES6 模块
import express from 'express';
import path from 'path';

Node.js 版本

LTS 版本（长期支持）

偶数版本号（如 18.x, 20.x）
稳定性优先
适合生产环境

Current 版本（当前版本）

奇数版本号（如 19.x, 21.x）
新特性优先
适合开发测试

版本管理工具


# 使用 nvm 管理 Node.js 版本
nvm install 18.17.0
nvm use 18.17.0
nvm alias default 18.17.0
 
# 使用 n 管理版本
npm install -g n
n stable
n latest

应用类型

Web 服务器


const express = require('express');
const app = express();
 
app.get('/', (req, res) => {
    res.send('Hello World!');
});
 
app.listen(3000, () => {
    console.log('服务器启动在端口 3000');
});

API 服务


const express = require('express');
const app = express();
 
app.use(express.json());
 
app.get('/api/users', (req, res) => {
    res.json([
        { id: 1, name: '张三' },
        { id: 2, name: '李四' }
    ]);
});
 
app.post('/api/users', (req, res) => {
    const { name } = req.body;
    // 处理用户创建逻辑
    res.status(201).json({ id: 3, name });
});

命令行工具


#!/usr/bin/env node
 
const { program } = require('commander');
 
program
    .name('my-cli')
    .description('我的命令行工具')
    .version('1.0.0');
 
program
    .command('greet <name>')
    .description('问候用户')
    .action((name) => {
        console.log(`你好, ${name}!`);
    });
 
program.parse();

桌面应用


const { app, BrowserWindow } = require('electron');
 
function createWindow() {
    const win = new BrowserWindow({
        width: 800,
        height: 600,
        webPreferences: {
            nodeIntegration: true
        }
    });
 
    win.loadFile('index.html');
}
 
app.whenReady().then(createWindow);

包管理

npm（Node Package Manager）


# 初始化项目
npm init
 
# 安装依赖
npm install express
npm install --save-dev nodemon
 
# 全局安装
npm install -g create-react-app
 
# 运行脚本
npm start
npm test
npm run build

yarn


# 安装 yarn
npm install -g yarn
 
# 安装依赖
yarn add express
yarn add --dev nodemon
 
# 运行脚本
yarn start
yarn test

pnpm


# 安装 pnpm
npm install -g pnpm
 
# 安装依赖
pnpm add express
pnpm add -D nodemon
 
# 运行脚本
pnpm start
pnpm test

核心模块

文件系统 (fs)


const fs = require('fs').promises;
 
async function readAndWriteFile() {
    try {
        const content = await fs.readFile('input.txt', 'utf8');
        await fs.writeFile('output.txt', content.toUpperCase());
        console.log('文件处理完成');
    } catch (error) {
        console.error('错误:', error);
    }
}

HTTP 模块


const http = require('http');
const https = require('https');
 
// HTTP 请求
const options = {
    hostname: 'api.example.com',
    port: 443,
    path: '/data',
    method: 'GET'
};
 
const req = https.request(options, (res) => {
    let data = '';
    res.on('data', (chunk) => {
        data += chunk;
    });
    res.on('end', () => {
        console.log(JSON.parse(data));
    });
});
 
req.end();

路径模块 (path)


const path = require('path');
 
console.log(path.join(__dirname, 'files', 'data.json'));
console.log(path.extname('file.txt'));
console.log(path.basename('/path/to/file.txt'));

事件模块 (events)


const EventEmitter = require('events');
 
class MyEmitter extends EventEmitter {}
 
const myEmitter = new MyEmitter();
 
myEmitter.on('event', (arg) => {
    console.log('事件触发:', arg);
});
 
myEmitter.emit('event', 'Hello World');

异步编程

Promise


function fetchData() {
    return new Promise((resolve, reject) => {
        setTimeout(() => {
            resolve('数据获取成功');
        }, 1000);
    });
}
 
fetchData()
    .then(data => console.log(data))
    .catch(error => console.error(error));

async/await


async function processData() {
    try {
        const data = await fetchData();
        console.log(data);
    } catch (error) {
        console.error(error);
    }
}

流 (Streams)


const fs = require('fs');
 
const readStream = fs.createReadStream('input.txt');
const writeStream = fs.createWriteStream('output.txt');
 
readStream.pipe(writeStream);
 
readStream.on('end', () => {
    console.log('文件复制完成');
});

性能优化

内存管理


// 避免内存泄漏
const cache = new Map();
 
function getData(id) {
    if (cache.has(id)) {
        return cache.get(id);
    }
    
    const data = fetchDataFromDB(id);
    cache.set(id, data);
    
    // 设置缓存过期
    setTimeout(() => {
        cache.delete(id);
    }, 60000);
    
    return data;
}

集群模式


const cluster = require('cluster');
const numCPUs = require('os').cpus().length;
 
if (cluster.isMaster) {
    console.log(`主进程 ${process.pid} 正在运行`);
 
    // 创建工作进程
    for (let i = 0; i < numCPUs; i++) {
        cluster.fork();
    }
 
    cluster.on('exit', (worker, code, signal) => {
        console.log(`工作进程 ${worker.process.pid} 已退出`);
    });
} else {
    // 工作进程
    require('./server.js');
    console.log(`工作进程 ${process.pid} 已启动`);
}

调试和监控

调试工具


// 使用 debugger 语句
function complexFunction() {
    debugger;
    // 复杂逻辑
}
 
// 使用 console 方法
console.log('普通日志');
console.error('错误信息');
console.warn('警告信息');
console.table([{ name: '张三', age: 25 }]);

性能监控


const { performance } = require('perf_hooks');
 
const start = performance.now();
 
// 执行代码
setTimeout(() => {
    const end = performance.now();
    console.log(`执行时间: ${end - start} 毫秒`);
}, 1000);

最佳实践

错误处理


process.on('uncaughtException', (error) => {
    console.error('未捕获的异常:', error);
    process.exit(1);
});
 
process.on('unhandledRejection', (reason, promise) => {
    console.error('未处理的 Promise 拒绝:', reason);
});

环境配置


// .env 文件
NODE_ENV=production
PORT=3000
DATABASE_URL=mongodb://localhost:27017/myapp
 
// 使用 dotenv
require('dotenv').config();
 
const port = process.env.PORT || 3000;
const dbUrl = process.env.DATABASE_URL;

日志记录


const winston = require('winston');
 
const logger = winston.createLogger({
    level: 'info',
    format: winston.format.json(),
    transports: [
        new winston.transports.File({ filename: 'error.log', level: 'error' }),
        new winston.transports.File({ filename: 'combined.log' })
    ]
});
 
if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
    logger.add(new winston.transports.Console({
        format: winston.format.simple()
    }));
}

学习资源

官方文档

社区资源

在线学习

Node.js 官方教程
freeCodeCamp
Udemy

总结

Node.js 是一个强大的 JavaScript 运行时环境，特别适合构建高性能的网络应用程序。通过其事件驱动、非阻塞 I/O 的特性，Node.js 能够处理大量并发连接，是构建现代 Web 应用的理想选择。