為什么向后端工程師推薦Node.js
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科普文一則，說(shuō)說(shuō)我對Node.js的一些認識，以及我作為前端工程師為什么會(huì )向后端工程師推薦Node.js。
“Node.js 是服務(wù)器端的 JavaScript 運行環(huán)境，它具有無(wú)阻塞(non-blocking)和事件驅動(dòng)(event-driven)等的特色，Node.js 采用V8引擎，同樣，Node.js實(shí)現了類(lèi)似 Apache 和 nginx 的web服務(wù)，讓你可以通過(guò)它來(lái)搭建基于 JavaScript的Web App。”
我想不僅僅是Node.js，當我們要引入任何一種新技術(shù)前都必須要搞清楚幾個(gè)問(wèn)題:
1. 我們遇到了什么問(wèn)題？
2. 這項新技術(shù)解決什么問(wèn)題，是否契合我們遇到的問(wèn)題？
3. 我們遇到問(wèn)題的多種解決方案中，當前這項新技術(shù)的優(yōu)勢體現在哪兒？
4. 使用新技術(shù)，帶來(lái)哪些新問(wèn)題，嚴重么，我們能否解決掉？
我們的問(wèn)題：Server端阻塞
Node.js被設計用來(lái)解決服務(wù)端阻塞問(wèn)題.下面通過(guò)一段簡(jiǎn)單的代碼解釋何為阻塞：
| 1 2 3 4 | //根據ID，在數據庫中Persons表中查出Name var name = db.query(select name from persons where id=1); //進(jìn)程等待數據查詢(xún)完畢，然后使用查詢(xún)結果。 output(name) |
這段代碼的問(wèn)題是在上面兩個(gè)語(yǔ)句之間，在整個(gè)數據查詢(xún)的過(guò)程中，當前程序進(jìn)程往往只是在等待結果的返回.這就造成了進(jìn)程的阻塞.對于高并發(fā)，I/O 密集行的網(wǎng)絡(luò )應用中，一方面進(jìn)程很長(cháng)時(shí)間處于等待狀態(tài)，另一方面為了應付新的請求不斷的增加新的進(jìn)程.這樣的浪費會(huì )導致系統支持QPS遠遠小于后端數據服 務(wù)能夠支撐的QPS，成為了系統的瓶頸.而且這樣的系統也特別容易被慢鏈接攻擊(客戶(hù)端故意不接收或減緩接收數據，加長(cháng)進(jìn)程等待時(shí)間)。
如何解決阻塞問(wèn)題
可以引入事件處理機制解決這個(gè)問(wèn)題。在查詢(xún)請求發(fā)起之前注冊數據加載事件的響應函數，請求發(fā)出之后立即將進(jìn)程交出，而當數據返回后再觸發(fā)這個(gè)事件并在預定好的事件響應函數中繼續處理數據：
| 1 2 3 4 5 6 | //定義如何后續數據處理函數 function onDataLoad(name){ output(name); } //發(fā)起數據請求，同時(shí)指定數據返回后的回調函數 db.query(select name from persons where id=1,onDataLoad); |
我們看到若按照這個(gè)思路解決阻塞問(wèn)題，首先我們要提供一套高效的異步事件調度機制.而主要用于處理瀏覽器端的各種交互事件的JavaScript。相對于其他語(yǔ)言，至少有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)特別適合完成這個(gè)任務(wù)。
為什么JS適合解決阻塞問(wèn)題
首先JavaScript是一種函數式編程語(yǔ)言，函數編程語(yǔ)言最重要的數學(xué)基礎是λ演算(lambda calculus) — 即函數對象可以作為其他函數對象的輸入(參數)和輸出(返回值)。
這個(gè)特性使得為事件指定回調函數變得很容易。特別是JavaScript還支持匿名函數。通過(guò)匿名函數的輔助，之前的代碼可以進(jìn)行簡(jiǎn)寫(xiě)如下：
| 1 2 3 | db.query(select name from persons where id=1,function(name){ output(name); }); |
還有另一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是，異步回調的運行上下文保持(本文暫稱(chēng)其為”狀態(tài)保持”)。我們先來(lái)看一段代碼來(lái)說(shuō)明何為狀態(tài)保持：
| 1 2 3 4 5 6 7 | //傳統同步寫(xiě)法：將查詢(xún)和結果打印抽象為一個(gè)方法 function main(){ var id = 1; var name = db.query(select name from persons where id= + id); output(person id: + id + , name: + name); } main(); |
前面的寫(xiě)法在傳統的阻塞是編程中非常常見(jiàn)，但接下來(lái)進(jìn)行異步改寫(xiě)時(shí)會(huì )遇到一些困擾：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 | //異步寫(xiě)法： function main(){ var id = 1; db.query(select name from persons where id= + id,function(name){ output(person id: + id + , name: + name);//n秒后數據返回后執行回調 }); } main(); |
細心的朋友可能已經(jīng)注意到，當等待了n秒數據查詢(xún)結果返回后執行回調時(shí)?；卣{函數中卻仍然使用了main函數的局部變量”id”，而”id”似乎應 該在n秒前走出其作用域。為什么此時(shí)”id”仍然可以訪(fǎng)問(wèn)呢，這是因為JavaScript的另外一個(gè)重要語(yǔ)言特性：閉包(Closures)。接下來(lái)我 來(lái)詳解閉包的原委。
在復雜的應用中，我們一定會(huì )遇到這類(lèi)場(chǎng)景。即在函數運行時(shí)需要訪(fǎng)問(wèn)函數定義時(shí)的上下文數據(注意：一定要區分函數定義時(shí)和函數運行時(shí)兩個(gè)不同的時(shí) 刻)。特別是在異步編程模型中，函數的定義和運行又分處不同的時(shí)間段，那么保持上下文的問(wèn)題變得更加突出了。因為我們在任務(wù)執行一半時(shí)把資源交出去沒(méi)有問(wèn) 題，但當任務(wù)需要再次繼續時(shí)我們必須還原現場(chǎng)。
在這個(gè)例子中，db.query作為一個(gè)公共的數據庫查詢(xún)方法，把”id”這個(gè)業(yè)務(wù)數據傳入給db.query，交由其保存是不太合適的。但我們可 以稍作抽象，讓db.query再支持一個(gè)需要保持狀態(tài)的數據對象傳入，當數據查詢(xún)完畢后可以把這些狀態(tài)數據原封不動(dòng)的回傳。如下：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 | function main(){ var id = 1; var currentState = new Object(); currentState.person_id = id; db.query(select name from persons where id= + id, function(name,state){ output(person id: + state.person_id + , name: + name); },currentState);//注意currentState是db.query的第三個(gè)參數 } main(); |
記住這種重要的思路，我們再看看是否還能進(jìn)一步的抽象？可以的，不過(guò)接下的動(dòng)作之前，我們還要了解在JavaScript中一個(gè)函數也是一個(gè)對象。 一個(gè)函數實(shí)例fn除了函數體的定義之外，我們仍然可以在這個(gè)函數對象實(shí)例之本身擴展其他屬性，如fn.a=1;受到這個(gè)啟發(fā)我們嘗試把需要保持的狀態(tài)直接 綁定到函數實(shí)例上：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 | function main(){ var id = 1; var currentState = new Object(); currentState.person_id = id; function onDataLoad(name){ output(person id: + onDataLoad.state.person_id + , name: + name); } onDataLoad.state = currentState ;//為函數指定state屬性，用于保持狀態(tài) db.query(select name from persons where id= + id, onDataLoad); } |
我們做了什么？生成了currentState對象，然后在函數onDataLoad定義時(shí)，將currentState綁定給 onDataLoad這個(gè)函數實(shí)例。那么在onDataLoad運行時(shí)，就可以拿到定義時(shí)的state對象了。JavaScript的閉包特性就是內置了 這個(gè)過(guò)程而已。
在每個(gè)JavaScript函數運行時(shí)，都有一個(gè)運行時(shí)內部對象稱(chēng)為Execution Context，它包含如下Variable Object(VO,變量對象)， Scope Chain(作用域鏈)和”this” Value三部分。如圖:
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