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从零开始认识 Node.js：异步非阻塞的魅力

news 来源：原创 2025/5/18 6:17:29

Node.js 是一个基于 Chrome V8 引擎 的 JavaScript 运行时环境，用于在服务器端运行 JavaScript 代码。它的设计目标是让开发者能够用 JavaScript 构建高性能、可扩展的网络应用。以下是关于 Node.js 的详细介绍：

1. 核心特点

  • 事件驱动与非阻塞 I/O：
    Node.js 采用事件驱动架构，通过单线程处理大量并发请求，利用非阻塞 I/O 操作（如文件读写、网络请求）避免等待耗时任务，显著提升性能。

  • 轻量高效：
    基于 V8 引擎的即时编译（JIT）技术，执行 JavaScript 速度极快，适合高并发场景。

  • 跨平台：
    支持 Windows、Linux、macOS 等操作系统。

  • 模块化与 npm 生态：
    内置模块化系统（CommonJS），配合 npm（Node Package Manager）——全球最大的开源库生态系统，可轻松集成第三方库。

2. 历史背景

  • 诞生：2009 年由 Ryan Dahl 创造，旨在解决传统服务器（如 Apache）的并发性能瓶颈。

  • 关键版本：

    • 2015 年：Node.js 4.0 引入 ES6 语法支持。

    • 2020 年：Node.js 14+ 支持 ECMAScript Modules（ESM）。

    • 长期支持（LTS）版本确保稳定性。

3. 架构与原理

  • 事件循环（Event Loop）：
    Node.js 的核心机制，负责调度异步任务。通过 事件队列 处理 I/O 回调，实现非阻塞操作。

    // 示例：异步读取文件
const fs = require('fs');
fs.readFile('file.txt', (err, data) => {if (err) throw err;console.log(data);
});
console.log('继续执行其他任务...'); // 非阻塞

  • 单线程与多进程：
    主线程是单线程，但可通过 cluster 模块或 child_process 创建子进程，利用多核 CPU。

4. 适用场景

  • Web 服务器/API 服务：
    使用 Express、Koa、Fastify 等框架快速构建 RESTful API。

  • 实时应用：
    聊天室、在线游戏等需要 WebSocket 的场景（如 Socket.IO）。

  • 微服务架构：
    轻量级、低资源消耗，适合分布式系统。

  • 工具链开发：
    前端构建工具（Webpack、Babel）、CLI 工具等。

  • IoT 与数据流：
    处理传感器数据流或实时分析（如使用 MQTT）。

5. 核心模块与工具

  • 内置模块：
    http（创建服务器）、fs（文件操作）、path（路径处理）、stream（流数据处理）等。

  • 流行框架：

    • Express：最轻量的 Web 框架。

    • NestJS：支持 TypeScript 的企业级框架。

    • Socket.IO：实时双向通信库。

  • 工具链：
    PM2（进程管理）、Nodemon（热重载）、Jest（测试）。

6. 优势与劣势

  • 优势：

    • 高并发性能（适合 I/O 密集型任务）。

    • 统一语言栈（前后端均用 JavaScript/TypeScript）。

    • 活跃的社区和丰富的生态（npm 超过 200 万个包）。

  • 劣势：

    • 不适合 CPU 密集型任务（如图像处理、复杂计算）。

    • 回调地狱（可通过 Promise/async/await 解决）。

    • 单线程崩溃影响全局（需用进程管理工具如 PM2 容错）。

7. 代码示例

// 使用 Express 创建简单服务器
const express = require('express');
const app = express();
app.get('/', (req, res) => {res.send('Hello Node.js!');
});
app.listen(3000, () => {console.log('Server running on port 3000');
});

Node.js 在前端开发中常用的核心 API 列表

1. fs 模块（文件系统）

API作用关键参数示例
fs.readFile(path, [encoding], callback)异步读取文件内容- path: 文件路径
- encoding: 编码格式（如 'utf8'）
- callback(err, data)		fs.readFile('file.txt', 'utf8', (err, data) => { console.log(data); });
fs.writeFile(path, data, [encoding], callback)异步写入文件内容- data: 写入的数据
- 其他同上		fs.writeFile('file.txt', 'Hello', 'utf8', (err) => { /* 处理错误 */ });
fs.readdir(path, callback)读取目录内容- callback(err, files): 返回文件名数组fs.readdir('./src', (err, files) => { console.log(files); });
fs.existsSync(path)同步检查文件/目录是否存在- path: 路径
返回布尔值		if (fs.existsSync('config.json')) { ... }

2. path 模块（路径处理）

API作用关键参数示例
path.join(...paths)拼接路径片段接收多个路径片段path.join(__dirname, 'src', 'index.js') → 绝对路径
path.resolve(...paths)解析绝对路径基于当前工作目录解析path.resolve('src') → /project/src
path.extname(path)获取文件扩展名path: 文件路径path.extname('file.js') → .js
path.basename(path)获取文件名（含扩展名）同上path.basename('/src/file.js') → file.js

3. process 模块（进程信息）

API/属性作用关键参数/说明示例
process.cwd()获取当前工作目录路径无参数，返回字符串console.log(process.cwd());
process.env访问环境变量常用于区分开发/生产环境if (process.env.NODE_ENV === 'dev') { ... }
process.argv获取命令行参数返回参数数组node script.js arg1 → ['arg1']

4. http / https 模块（创建本地服务）

API作用关键参数示例
http.createServer((req, res) => { ... })创建 HTTP 服务器- req: 请求对象
- res: 响应对象		const server = http.createServer((req, res) => { res.end('Hello'); });
server.listen(port, callback)启动服务器监听端口- port: 端口号
- callback: 启动回调		server.listen(3000, () => { console.log('Running'); });

5. child_process 模块（执行子进程）

API作用关键参数示例
exec(command, callback)执行 shell 命令- command: 命令字符串
- callback(err, stdout, stderr)		exec('npm install', (err) => { ... });
spawn(command, [args])启动子进程（流式输出）- args: 命令参数数组const child = spawn('npm', ['run', 'build']);

6. util 模块（工具函数）

API作用关键参数示例
util.promisify(fn)将回调函数转为 Promise接收一个遵循回调风格的函数const readFile = promisify(fs.readFile);<br>readFile('file.txt').then(...);

7. os 模块（操作系统信息）

API作用关键参数示例
os.platform()获取操作系统类型无参数，返回字符串（如 'darwin' 表示 macOS）console.log(os.platform());

8. Buffer（二进制数据处理）

API作用关键参数示例
Buffer.from(string)将字符串转为 Buffer- string: 输入字符串const buf = Buffer.from('Hello');

9. events 模块（事件驱动）

API作用关键参数示例
EventEmitter创建自定义事件通过 on 监听、emit 触发const emitter = new EventEmitter();<br>emitter.on('event', () => { ... });

10. stream 模块（流数据处理）

API作用关键参数示例
fs.createReadStream(path)创建可读文件流用于大文件分块读取const readStream = fs.createReadStream('bigfile.txt');

11. url 模块（URL 解析）

API作用关键参数示例
url.parse(urlString)解析 URL 为对象返回包含 pathname、query 等属性的对象url.parse('http://example.com/path?name=test')

 Node.js 常用模块 API 示例 

/*** Node.js 常用模块 API 示例合集* 执行方式：在终端中运行 `node 本文件路径.js`*/// ---------------------- 1. fs 模块（文件系统） ----------------------
const fs = require('fs');
const path = require('path');// 示例 1.1: 异步读取文件内容
fs.readFile(path.join(__dirname, 'example.txt'), 'utf8', (err, data) => {if (err) throw err;console.log('1.1 读取文件内容:', data); // 假设文件存在且内容为 "Hello Node.js"
});// 示例 1.2: 异步写入文件
fs.writeFile(path.join(__dirname, 'output.txt'), '新内容', 'utf8', (err) => {if (err) throw err;console.log('1.2 文件写入成功！');
});// 示例 1.3: 检查文件是否存在（同步方法）
const fileExists = fs.existsSync(path.join(__dirname, 'example.txt'));
console.log('1.3 文件是否存在:', fileExists ? '是' : '否');// ---------------------- 2. path 模块（路径处理） ----------------------
console.log('2.1 路径拼接:', path.join(__dirname, 'src', 'index.js')); // 输出绝对路径
console.log('2.2 文件扩展名:', path.extname('app.component.ts'));        // 输出 .ts
console.log('2.3 解析绝对路径:', path.resolve('src'));                  // 基于当前工作目录解析// ---------------------- 3. process 模块（进程信息） ----------------------
console.log('3.1 当前工作目录:', process.cwd());      // 执行 Node 命令时的目录
console.log('3.2 环境变量 NODE_ENV:', process.env.NODE_ENV || '未设置'); // 需通过命令行设置// ---------------------- 4. http 模块（创建本地服务器） ----------------------
const http = require('http');// 示例 4.1: 创建简单 HTTP 服务器
const server = http.createServer((req, res) => {res.end('4.1 服务器响应成功！');
});// 启动服务器（默认端口 3000）
server.listen(3000, () => {console.log('4.1 服务器运行在 http://localhost:3000');
});// ---------------------- 5. child_process 模块（子进程） ----------------------
const { exec, spawn } = require('child_process');// 示例 5.1: 执行 shell 命令（如列出文件）
exec('ls -l', (err, stdout) => {if (err) throw err;console.log('5.1 当前目录文件列表:\n', stdout);
});// 示例 5.2: 启动子进程（如运行 npm install）
const child = spawn('npm', ['install'], { stdio: 'inherit' }); // 实时输出日志// ---------------------- 6. util 模块（工具函数） ----------------------
const util = require('util');// 示例 6.1: 将回调函数转为 Promise
const readFilePromise = util.promisify(fs.readFile);
readFilePromise(path.join(__dirname, 'example.txt'), 'utf8').then(data => console.log('6.1 Promise 读取内容:', data)).catch(err => console.error(err));// ---------------------- 7. os 模块（操作系统信息） ----------------------
const os = require('os');
console.log('7.1 操作系统类型:', os.platform()); // 如 'darwin'（Mac）、'win32'// ---------------------- 8. Buffer（二进制处理） ----------------------
const buffer = Buffer.from('Hello Buffer!');
console.log('8.1 Buffer 内容:', buffer.toString()); // 转为字符串输出// ---------------------- 9. events 模块（事件驱动） ----------------------
const EventEmitter = require('events');
class MyEmitter extends EventEmitter {}// 示例 9.1: 自定义事件
const myEmitter = new MyEmitter();
myEmitter.on('event', () => console.log('9.1 事件触发成功！'));
myEmitter.emit('event'); // 立即触发// ---------------------- 注意事项 ----------------------
/*** 1. 运行前确保项目中有 example.txt 文件（用于 fs 示例）。* 2. HTTP 服务器启动后，按 Ctrl+C 终止进程。* 3. child_process 示例可能需要根据系统调整命令（如 Windows 用 dir 代替 ls）。*/

使用说明

  1. 将代码保存为 node-api-demo.js。

  2. 在文件同目录下创建 example.txt（内容随意）。

  3. 在终端中运行：

    node node-api-demo.js

  4. 观察控制台输出，或访问 http://localhost:3000 测试服务器。

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