Руководство по Node.js, часть 1: общие сведения и начало работы

Мы начинаем публикацию серии материалов, которые представляют собой поэтапный перевод руководства по Node.js для начинающих. А именно, в данном случае «начинающий» — это тот, кто обладает некоторыми познаниями в области браузерного JavaScript. Он слышал о том, что существует серверная платформа, программы для которой тоже пишут на JS, и хотел бы эту платформу освоить. Возможно, вы найдёте здесь что-то полезное для себя и в том случае, если уже знакомы с Node.js.

Кстати, в прошлом году у нас был похожий по масштабам проект, посвящённый bash-скриптам. Тогда мы, после публикации всех запланированных материалов, собрали их в виде PDF-файла. Так же планируется поступить и в этот раз.



Сегодня мы обсудим особенности Node.js, начнём знакомство с экосистемой этой платформы и напишем серверный «Hello World».

[Советуем почитать] Другие части цикла

Часть 1: Общие сведения и начало работы
Часть 2: JavaScript, V8, некоторые приёмы разработки
Часть 3: Хостинг, REPL, работа с консолью, модули
Часть 4: npm, файлы package.json и package-lock.json
Часть 5: npm и npx
Часть 6: цикл событий, стек вызовов, таймеры
Часть 7: асинхронное программирование
Часть 8: Руководство по Node.js, часть 8: протоколы HTTP и WebSocket
Часть 9: Руководство по Node.js, часть 9: работа с файловой системой
Часть 10: Руководство по Node.js, часть 10: стандартные модули, потоки, базы данных, NODE_ENV
Полная PDF-версия руководства по Node.js

Обзор Node.js

Node.js — это опенсорсная кроссплатформенная среда выполнения для JavaScript, которая работает на серверах. С момента выпуска этой платформы в 2009 году она стала чрезвычайно популярной и в наши дни играет весьма важную роль в области веб-разработки. Если считать показателем популярности число звёзд, которые собрал некий проект на GitHub, то Node.js, у которого более 50000 звёзд, это очень и очень популярный проект.

Платформа Node.js построена на базе JavaScript движка V8 от Google, который используется в браузере Google Chrome. Данная платформа, в основном, используется для создания веб-серверов, однако сфера её применения этим не ограничивается.

Рассмотрим основные особенности Node.js.

▍Скорость

Одной из основных привлекательных особенностей Node.js является скорость. JavaScript-код, выполняемый в среде Node.js, может быть в два раза быстрее, чем код, написанный на компилируемых языках, вроде C или Java, и на порядки быстрее интерпретируемых языков наподобие Python или Ruby. Причиной подобного является неблокирующая архитектура платформы, а конкретные результаты зависят от используемых тестов производительности, но, в целом, Node.js — это очень быстрая платформа.

▍Простота

Платформа Node.js проста в освоении и использовании. На самом деле, она прямо-таки очень проста, особенно это заметно в сравнении с некоторыми другими серверными платформами.

▍JavaScript

В среде Node.js выполняется код, написанный на JavaScript. Это означает, что миллионы фронтенд-разработчиков, которые уже пользуются JavaScript в браузере, могут писать и серверный, и клиентский код на одном и том же языке программирования без необходимости изучать совершенно новый инструмент для перехода к серверной разработке.

В браузере и на сервере используются одинаковые концепции языка. Кроме того, в Node.js можно оперативно переходить на использование новых стандартов ECMAScript по мере их реализации на платформе. Для этого не нужно ждать до тех пор, пока пользователи обновят браузеры, так как Node.js — это серверная среда, которую полностью контролирует разработчик. В результате новые возможности языка оказываются доступными при установке поддерживающей их версии Node.js.

▍Движок V8

В основе Node.js, помимо других решений, лежит опенсорсный JavaScript-движок V8 от Google, применяемый в браузере Google Chrome и в других браузерах. Это означает, что Node.js пользуется наработками тысяч инженеров, которые сделали среду выполнения JavaScript Chrome невероятно быстрой и продолжают работать в направлении совершенствования V8.

▍Асинхронность

В традиционных языках программирования (C, Java, Python, PHP) все инструкции, по умолчанию, являются блокирующими, если только разработчик явным образом не позаботится об асинхронном выполнении кода. В результате если, например, в такой среде, произвести сетевой запрос для загрузки некоего JSON-кода, выполнение потока, из которого сделан запрос, будет приостановлено до тех пор, пока не завершится получение и обработка ответа.

JavaScript значительно упрощает написание асинхронного и неблокирующего кода с использованием единственного потока, функций обратного вызова (коллбэков) и подхода к разработке, основанной на событиях. Каждый раз, когда нам нужно выполнить тяжёлую операцию, мы передаём соответствующему механизму коллбэк, который будет вызван сразу после завершения этой операции. В результате, для того чтобы программа продолжила работу, ждать результатов выполнения подобных операций не нужно.

Подобный механизм возник в браузерах. Мы не можем позволить себе ждать, скажем, окончания выполнения AJAX-запроса, не имея при этом возможности реагировать на действия пользователя, например, на щелчки по кнопкам. Для того чтобы пользователям было удобно работать с веб-страницами, всё, и загрузка данных из сети, и обработка нажатия на кнопки, должно происходить одновременно, в режиме реального времени.

Если вы создавали когда-нибудь обработчик события нажатия на кнопку, то вы уже пользовались методиками асинхронного программирования.

Асинхронные механизмы позволяют единственному Node.js-серверу одновременно обрабатывать тысячи подключений, не нагружая при этом программиста задачами по управлению потоками и по организации параллельного выполнения кода. Подобные вещи часто являются источниками ошибок.

Node.js предоставляет разработчику неблокирующие базовые механизмы ввода вывода, и, в целом, библиотеки, использующиеся в среде Node.js, написаны с использованием неблокирующих парадигм. Это делает блокирующее поведение кода скорее исключением, чем нормой.

Когда Node.js нужно выполнить операцию ввода-вывода, вроде загрузки данных из сети, доступа к базе данных или к файловой системе, вместо того, чтобы заблокировать ожиданием результатов такой операции главный поток, Node.js инициирует её выполнение и продолжает заниматься другими делами до тех пор, пока результаты выполнения этой операции не будут получены.

▍Библиотеки

Благодаря простоте и удобству работы с менеджером пакетов для Node.js, который называется npm, экосистема Node.js прямо-таки процветает. Сейчас в реестре npm имеется более полумиллиона опенсорсных пакетов, которые может свободно использовать любой Node.js-разработчик.
Рассмотрев некоторые основные особенности платформы Node.js, опробуем её в действии. Начнём с установки.

Установка Node.js

Node.js можно устанавливать различными способами, которые мы сейчас рассмотрим.
Так, официальные установочные пакеты для всех основных платформ можно найти здесь.

Существует ещё один весьма удобный способ установки Node.js, который заключается в использовании менеджера пакетов, имеющегося в операционной системе. Например, менеджер пакетов macOS, который является фактическим стандартом в этой области, называется Homebrew. Если он в вашей системе есть, вы можете установить Node.js, выполнив эту команду в командной строке:

brew install node

Список менеджеров пакетов для других операционных систем, в том числе — для Linux и Windows, можно найти здесь.

Популярным менеджером версий Node.js является nvm. Это средство позволяет удобно переключаться между различными версиями Node.js, с его помощью можно, например, установить и попробовать новую версию Node.js, после чего, при необходимости, вернуться на старую. Nvm пригодится и в ситуации, когда нужно испытать какой-нибудь код на старой версии Node.js.

Я посоветовал бы начинающим пользоваться официальными установщиками Node.js. Пользователям macOS я порекомендовал бы устанавливать Node.js с помощью Homebrew. Теперь, после того, как вы установили Node.js, пришло время написать «Hello World».

Первое Node.js-приложение

Самым распространённым примером первого приложения для Node.js можно назвать простой веб-сервер. Вот его код:

const http = require('http')
const hostname = '127.0.0.1'
const port = 3000
const server = http.createServer((req, res) => {
  res.statusCode = 200
  res.setHeader('Content-Type', 'text/plain')
  res.end('Hello World\n')
})
server.listen(port, hostname, () => {
  console.log(`Server running at http://${hostname}:${port}/`)
})

Для того чтобы запустить этот код, сохраните его в файле server.js и выполните в терминале такую команду:

node server.js

Для проверки сервера откройте какой-нибудь браузер и введите в адресной строке http://127.0.0.1:3000, то есть — тот адрес сервера, который будет выведен в консоли после его успешного запуска. Если всё работает как надо — на странице будет выведено «Hello World».

Разберём этот пример.

Для начала, обратите внимание на то, что код содержит команду подключения модуля http.

Платформа Node.js является обладателем замечательного стандартного набора модулей, в который входят отлично проработанные механизмы для работы с сетью.

Метод createServer() объекта http создаёт новый HTTP-сервер и возвращает его.

Сервер настроен на прослушивание определённого порта на заданном хосте. Когда сервер будет готов, вызывается соответствующий коллбэк, сообщающий нам о том, что сервер работает.

Когда сервер получает запрос, вызывается событие request, предоставляющее два объекта. Первый — это запрос (req, объект http.IncomingMessage), второй — ответ (res, объект http.ServerResponse). Они представляют собой важнейшие механизмы обработки HTTP-запросов.

Первый предоставляет в наше распоряжение сведения о запросе. В нашем простом примере этими данными мы не пользуемся, но, при необходимости, с помощью объекта req можно получить доступ к заголовкам запроса и к переданным в нём данным.

Второй нужен для формирования и отправки ответа на запрос.

В данном случае ответ на запрос мы формируем следующим образом. Сначала устанавливаем свойство statusCode в значение 200, что указывает на успешное выполнение операции:

res.statusCode = 200

Далее, мы устанавливаем заголовок Content-Type:

res.setHeader('Content-Type', 'text/plain')

После этого мы завершаем подготовку ответа, добавляя его содержимое в качестве аргумента метода end():

res.end('Hello World\n')

Мы уже говорили о том, что вокруг платформы Node.js сформировалась мощная экосистема. Обсудим теперь некоторые популярные фреймворки и вспомогательные инструменты для Node.js.

Фреймворки и вспомогательные инструменты для Node.js

Node.js — это низкоуровневая платформа. Для того чтобы упростить разработку для неё и облегчить жизнь программистам, было создано огромное количество библиотек. Некоторые из них со временем стали весьма популярными. Вот небольшой список библиотек, которые я считаю отлично сделанными и достойными изучения:

• Express. Эта библиотека предоставляет разработчику предельно простой, но мощный инструмент для создания веб-серверов. Ключом к успеху Express стал минималистический подход и ориентация на базовые серверные механизмы без попытки навязать некое видение «единственно правильной» серверной архитектуры.
• Meteor. Это — мощный фулстек-фреймворк, реализующий изоморфный подход к разработке приложений на JavaScript и к использованию кода и на клиенте, и на сервере. Когда-то Meteor представлял собой самостоятельный инструмент, включающий в себя всё, что только может понадобиться разработчику. Теперь он, кроме того, интегрирован с фронтенд-библиотеками, такими, как React, Vue и Angular. Meteor, помимо разработки обычных веб-приложений, можно использовать и в мобильной разработке.
• Koa. Этот веб-фреймворк создан той же командой, которая занимается работой над Express. При его разработке, в основу которой легли годы опыта работы над Express, внимание уделялось простоте решения и его компактности. Этот проект появился как решение задачи внесения в Express серьёзных изменений, несовместимых с другими механизмами фреймворка, которые могли бы расколоть сообщество.
• Next.js. Этот фреймворк предназначен для организации серверного рендеринга React-приложений.
• Micro. Это — весьма компактная библиотека для создания асинхронных HTTP-микросервисов.
• Socket.io. Это библиотека для разработки сетевых приложений реального времени.

На самом деле, в экосистеме Node.js можно найти вспомогательную библиотеку для решения практически любой задачи. Как вы понимаете, на строительство подобной экосистемы нужно немало времени. Платформа Node.js появилась в 2009 году. За время её существования случилось много всего такого, о чём стоит знать программисту, который хочет изучить эту платформу.

Краткая история Node.js

В этом году Node.js исполнилось уже 9 лет. Это, конечно, не так уж и много, если сравнить этот возраст с возрастом JavaScript, которому уже 23 года, или с 25-летним возрастом веба, существующем в таком виде, в котором мы его знаем, если считать от появления браузера Mosaic.

9 лет — это маленький срок для технологии, но сейчас возникает такое ощущение, что платформа Node.js существовала всегда.

Я начал работу с Node.js с ранних версий платформы, когда ей было ещё только 2 года. Даже тогда, несмотря на то, что информации о Node.js было не так уж и много, уже можно было почувствовать, что Node.js — это очень серьёзно.

Теперь поговорим о технологиях, лежащих в основе Node.js и кратко рассмотрим основные события, связанные с этой платформой.

Итак, JavaScript — это язык программирования, который был создан в Netscape как скриптовый язык, предназначенный для управления веб-страницами в браузере Netscape Navigator.

Частью бизнеса Netscape была продажа веб-серверов, которые включали в себя среду, называемую Netscape LiveWire. Она позволяла создавать динамические веб-страницы, используя серверный JavaScript. Как видите, идея использования JS для серверной разработки гораздо старше чем Node.js. Этой идее почти столько же лет, сколько и самому JavaScript, но во времена, о которых идёт речь, популярности серверный JS не снискал.

Одним из ключевых факторов, благодаря которому платформа Node.js стала столь распространённой и популярной, является время её появления. Так, за несколько лет до этого JavaScript начали считать серьёзным языком. Случилось это благодаря приложениям Web 2.0, вроде Google Maps или Gmail, которые продемонстрировали миру возможности современных веб-технологий.

Благодаря конкурентной войне браузеров, которая продолжается и по сей день, серьёзно возросла производительность JavaScript-движков. Команды разработчиков, стоящих за основными браузерами, каждый день работают над повышением производительности их решений, что благотворно влияет на JavaScript в целом. Один из таких движков — это уже упомянутый V8, используемый в браузере Chrome и применяемый в Node.js. Он является одним из результатов стремления разработчиков браузеров к высокой производительности JS-кода.

Конечно же, популярность Node.js основана не только на удачном стечении обстоятельств и на том, что эта платформа появилась в правильное время. Она представила миру инновационный подход к серверной разработке на JavaScript. Рассмотрим основные вехи истории Node.js.

▍2009

• Появление Node.js
• Создание первого варианта npm.

▍2010

• Появление Express.
• Появление Socket.io.

▍2011

• Выход npm 1.0.
• Большие компании, такие, как LinkedIn и Uber, начали пользоваться Node.js.

▍2012

• Быстрый рост популярности Node.js.

▍2013

• Появление Ghost, первой крупной платформы для публикаций, использующей Node.js.
• Выпуск Koa.

▍2014

• В этом году произошли драматические события. Появился проект IO.js, являющийся форком Node.js, целью создания которого, кроме прочего, было внедрение поддержки ES6 и ускорение развития платформы.

▍2015

• Основание организации Node.js Foundation.
• Слияние IO.js и Node.js.
• В npm появляется возможность работать с приватными модулями.
• Выход Node.js 4 (надо отметить, что версий 1, 2 и 3 у этой платформы не было).

▍2016

• Инцидент с пакетом left-pad.
• Появление Yarn.
• Выход Node.js 6.

▍2017

• В npm начинают больше внимания уделять безопасности.
• Выход Node.js 8
• Появление поддержки HTTP/2.
• V8 официально признают в качестве JS-движка, предназначенного не только для Chrome, но и для Node.
• Еженедельно осуществляется 3 миллиарда загрузок из npm.

▍2018

• Выход Node.js 10.
• Поддержка ES-модулей.
• Экспериментальная поддержка mjs.

Итоги

Сегодня вы ознакомились с платформой Node.js, разобрались с её установкой, написали и испытали первое простое приложение. В следующий раз мы поговорим о том, каким объёмом знаний в области JavaScript нужно обладать для успешной разработки для Node.js, о том, чем различаются браузерный и серверный JS-код, и обсудим некоторые приёмы Node.js-разработки.

Уважаемые читатели! Скажите, запустился ли у вас Hello World для Node.js?

Следующие части руководства:
Часть 1: Общие сведения и начало работы
Часть 2: JavaScript, V8, некоторые приёмы разработки
Часть 3: Хостинг, REPL, работа с консолью, модули
Часть 4: npm, файлы package.json и package-lock.json
Часть 5: npm и npx
Часть 6: цикл событий, стек вызовов, таймеры
Часть 7: асинхронное программирование