Node.js 教程

Node.js 是一个基于 Chrome V8 引擎的 JavaScript 运行时环境，它使得开发者可以使用 JavaScript 编写服务器端代码。Node.js 采用了事件驱动、非阻塞 I/O 模型，这使得它非常适合处理高并发的网络应用。本教程将带你从零开始学习 Node.js，涵盖基本概念、安装、核心模块、异步编程、以及如何构建一个简单的 Web 服务器。

1. Node.js 简介

Node.js 由 Ryan Dahl 于 2009 年创建，它的出现使得 JavaScript 不再局限于浏览器环境，而是可以在服务器端运行。Node.js 的核心优势在于其非阻塞 I/O 模型，这使得它能够高效地处理大量并发请求。

1.1 事件驱动和非阻塞 I/O

Node.js 采用事件驱动和非阻塞 I/O 模型。事件驱动意味着 Node.js 使用事件循环来处理请求，而不是为每个请求创建一个新的线程。非阻塞 I/O 意味着当 Node.js 执行 I/O 操作（如读取文件或查询数据库）时，它不会等待操作完成，而是继续执行其他任务。当 I/O 操作完成后，Node.js 会触发一个事件，并调用相应的回调函数。

1.2 单线程与多线程

虽然 Node.js 是单线程的，但它通过事件循环和异步 I/O 操作来实现并发。Node.js 内部使用线程池来处理某些操作（如文件 I/O 和 DNS 查询），但开发者编写的代码运行在单线程中。这种设计使得 Node.js 能够高效地处理大量并发请求，而不需要为每个请求创建新的线程。

2. 安装 Node.js

在开始编写 Node.js 代码之前，你需要先安装 Node.js。Node.js 可以在 Windows、macOS 和 Linux 上运行。

2.1 下载和安装

你可以从 Node.js 官方网站 下载适合你操作系统的安装包。Node.js 提供了两个版本：LTS（长期支持版）和 Current（*版）。对于生产环境，建议使用 LTS 版本。

2.2 验证安装

安装完成后，你可以通过以下命令验证 Node.js 是否安装成功：

node -v

如果安装成功，该命令会输出 Node.js 的版本号。

2.3 使用 npm

Node.js 自带一个包管理工具 npm（Node Package Manager），它可以帮助你安装和管理第三方库。你可以通过以下命令验证 npm 是否安装成功：

npm -v

3. Node.js 核心模块

Node.js 提供了一些内置的核心模块，这些模块可以帮助你完成常见的任务，如文件操作、网络请求、事件处理等。

3.1 fs 模块

fs 模块用于文件系统操作。你可以使用它来读取、写入、删除文件等。

const fs = require('fs');

// 读取文件
fs.readFile('example.txt', 'utf8', (err, data) => {
    if (err) throw err;
    console.log(data);
});

// 写入文件
fs.writeFile('example.txt', 'Hello, Node.js!', (err) => {
    if (err) throw err;
    console.log('File written successfully');
});

3.2 http 模块

http 模块用于创建 HTTP 服务器和客户端。你可以使用它来构建 Web 服务器。

const http = require('http');

const server = http.createServer((req, res) => {
    res.statusCode = 200;
    res.setHeader('Content-Type', 'text/plain');
    res.end('Hello, World!\n');
});

server.listen(3000, '127.0.0.1', () => {
    console.log('Server running at http://127.0.0.1:3000/');
});

3.3 events 模块

events 模块用于处理事件。你可以使用它来创建自定义事件并监听这些事件。

const EventEmitter = require('events');

class MyEmitter extends EventEmitter {}

const myEmitter = new MyEmitter();

myEmitter.on('event', () => {
    console.log('An event occurred!');
});

myEmitter.emit('event');

4. 异步编程

Node.js 的核心是异步编程。由于 Node.js 是非阻塞的，因此在处理 I/O 操作时，通常使用回调函数、Promise 或 async/await 来处理异步任务。

4.1 回调函数

回调函数是处理异步操作的最基本方式。当异步操作完成时，回调函数会被调用。

const fs = require('fs');

fs.readFile('example.txt', 'utf8', (err, data) => {
    if (err) throw err;
    console.log(data);
});

4.2 Promise

Promise 是一种更现代的异步处理方式，它可以帮助你避免“回调地狱”。

const fs = require('fs').promises;

fs.readFile('example.txt', 'utf8')
    .then(data => {
        console.log(data);
    })
    .catch(err => {
        console.error(err);
    });

4.3 async/await

async/await 是 ES2017 引入的语法糖，它使得异步代码看起来像同步代码。

const fs = require('fs').promises;

async function readFile() {
    try {
        const data = await fs.readFile('example.txt', 'utf8');
        console.log(data);
    } catch (err) {
        console.error(err);
    }
}

readFile();

5. 构建一个简单的 Web 服务器

现在你已经掌握了 Node.js 的基本概念和核心模块，接下来我们将构建一个简单的 Web 服务器。

5.1 创建服务器

首先，使用 http 模块创建一个简单的 Web 服务器。

const http = require('http');

const server = http.createServer((req, res) => {
    res.statusCode = 200;
    res.setHeader('Content-Type', 'text/plain');
    res.end('Hello, World!\n');
});

server.listen(3000, '127.0.0.1', () => {
    console.log('Server running at http://127.0.0.1:3000/');
});

5.2 处理路由

你可以通过检查 req.url 来处理不同的路由。

const http = require('http');

const server = http.createServer((req, res) => {
    if (req.url === '/') {
        res.statusCode = 200;
        res.setHeader('Content-Type', 'text/plain');
        res.end('Hello, World!\n');
    } else if (req.url === '/about') {
        res.statusCode = 200;
        res.setHeader('Content-Type', 'text/plain');
        res.end('About page\n');
    } else {
        res.statusCode = 404;
        res.setHeader('Content-Type', 'text/plain');
        res.end('Page not found\n');
    }
});

server.listen(3000, '127.0.0.1', () => {
    console.log('Server running at http://127.0.0.1:3000/');
});

5.3 使用 Express.js

虽然 Node.js 的内置模块可以处理基本的 Web 服务器功能，但在实际开发中，通常会使用第三方框架如 Express.js 来简化开发。

首先，安装 Express.js：

npm install express

然后，使用 Express.js 创建一个 Web 服务器：

const express = require('express');
const app = express();

app.get('/', (req, res) => {
    res.send('Hello, World!');
});

app.get('/about', (req, res) => {
    res.send('About page');
});

app.listen(3000, () => {
    console.log('Server running at http://127.0.0.1:3000/');
});

6. 总结

Node.js 是一个强大的 JavaScript 运行时环境，它使得开发者可以使用 JavaScript 编写服务器端代码。通过事件驱动和非阻塞 I/O 模型，Node.js 能够高效地处理高并发请求。本教程介绍了 Node.js 的基本概念、安装方法、核心模块、异步编程以及如何构建一个简单的 Web 服务器。希望这些内容能够帮助你入门 Node.js，并为你进一步学习打下坚实的基础。