用于 Web 应用程序的轻量级的、事件驱动的 I/O
标签: Java,Node.js
Andrew Glover
发布: 2011-12-28
在过去的几年中，JavaScript 已经成为 Web 应用程序开发的幕后英雄。这样的情景让那些习惯将 JavaScript 称为 “玩具式语言” 的软件开发人员大跌眼镜。尽管有其他更流行的语言（这里是说开发人员忠实拥护的那些），而 JavaScript 作为标准且浏览器中立的脚本语言的地位从未动摇过。在客户端 Web 开发方面，它可能是世界上运用最广泛的语言。
JavaScript 是现代 Java 开发人员的必备工具，而且并不难学。 Java 开发 2.0：面向 Java 开发人员的 JavaScript Andrew Glover，他将会介绍用来构建一流的 Web 应用程序所需的语法，其中包括 JavaScript 变量、类型、函数和类。
JavaScript 在服务器端脚本也占有一席之地，而且影响还会越来越大。虽然过去 JavaScript 在服务器端做过一些尝试，但并没有什么大的收获，除了 Node.js 或 Node。
Node 专门用来协助开发人员构建可扩展的网络程序，它是服务器端的编程环境，但几乎重建了整个 JavaScript 以服务于新一代的开发人员。对很多 Java 开发人员而言，Node 最大的吸引力在于软件并发的新方法。尽管 Java 平台在并发方式上还会不断进步（预计在 Java 7 和 Java 8 中会有大幅提升），但事实是 Node 满足了一个需求，它以更轻量级方式进行处理，这是众多 Java 开发人员想要的。就像客户端脚本使用 JavaScript 一样，在 Node 环境下编辑服务器端脚本非常棒，因为它非常有效，而且它能够在很多 Java 开发人员遇到挑战的领域中发挥作用。
在本文中，我将为您介绍服务器端脚本的革命，那就是 Node。首先我们从整体结构上总揽全局，看看是什么让 Node 与众不同，然后会演示如何快速构建一个使用 MongoDB 持久化数据的可扩展性 Web 应用程序。您将会亲身体验 Node 是多么有趣，并且看到用它来组建一个有效的 Web 应用程序有多快。
Node 是建立在 Google 的 V8 JavaScript 引擎基础上的一个可扩展、事件驱动 I/O 环境。Google V8 实际上在执行之前就将 JavaScript 编译到本机机器代码中，从而达到快速的运行时性能，实际上这与 JavaScript 关系不大。Node 本身能够让您快速构建速度极快、高度并发的网络应用程序。
事件驱动 I/O 对 Java 开发人员来说可能有些陌生，但并非是全新的概念。与 Java 平台中使用的多线程编程模型不同，Node 处理并发的方法是单线程加上 事件循环 。Node 结构可以确保不会不堵塞和异步 I/O 传输。那些通常会引起堵塞的调用如等待数据库查询结果等在 Node 中不会发生。Node 应用程序不是等待代价高昂的 I/O 活动来完成操作，而是会发出一个回调（roll back）。当资源返回后，会异步调用关联的回调。
Java 平台处理并发的方式帮助确立了其在企业开发方面的领导地位，这很难发生改变。诸如 Netty（以及 Gretty；参阅资源部分的框架和诸如 NIO 和 java.util.concurrent 的核心库，使得 JVM 成为处理并发的首选。Node 的特别之处就在于它是专门为应对并发编程而设计的现代开发环境。Node 的事件驱动编程方式意味着，您无需添加额外的库来处理并发性，这对关注多核硬件的开发人员来说是个好消息。
并发性在 Node 程序中 照样工作 。如果在 Java 平台上运行之前的场景，我可能会选择复杂且耗时的方法，从传统的线程到 Java NIO 中较新的库，甚至是改善和更新的 java.util.concurrent 包。尽管 Java 的并发很强大，但却难以理解，还要用它来编码！相比而言，Node 的回调机制是嵌在语言内部的；您不需要添加诸如 synchronized 这样额外的结构使它工作。Node 的并发模型极其简单，让广大的开发人员都能够接受。
Node 的 JavaScript 语法也为您减少敲键的次数，节省大量时间。只需少量代码，您就能构建快速的、可扩展的 Web 应用程序，并且它能处理大量的并发连接。当然您也可以在 Java 平台上实现，但将会需要更多代码行和一大堆库和结构。如果您担心对新的编程环境不熟悉，那么大可不必：如果已经了解一些 JavaScript，那么 Node 很容易学习，这一点我可以向您保证。
如前所述，Node 很容易上手，而且有很多好的在线教程可以为您提供帮助。在本文中（以及我的 Java 开发 2.0：面向 Java 开发人员的 JavaScript 中），我重点关注的是帮助 Java 开发人员理解 Node 的优势。我不会从标准的 “Hello, world” Web 服务器应用程序讲起，我会直接讲解一个有实际意义的应用程序：将它想象成在 Node 上构建的 Foursquare 网站。
安装 Node 需要您遵循特定平台的说明；如果您使用的是 UNIX 一类的平台，如 OSX，那么我推荐您使用 Node Version Manager 或 NVM，它能处理安装正确版本 Node 的细节信息。无论哪种情况，请现在就 下载并安装 Node 。
我们还使用了第三方库来构建此应用程序，因此您可能还想 安装 NPM ，它是 Node 的包管理器。NPM 允许您指定项目的版本依赖关系，这样就可以下载并包含在您的构建路径中。NPM 在很多方面很像 Java 平台的 Maven，或者是 Ruby 的 Bundler。
Node 在 Web 开发人员心目中占据一席之地，一是因为它对并发的处理能力，二是它是按 Web 开发的需求构建的。最流行的一个第三方 Node 工具是轻量级 Web 开发框架 Express，我们将会用它来开发应用程序（参阅 参考资料 以了解关于 Express 的更多内容）。
Express 有很多特性，包括复杂路由、动态模板视图（参见 Node 框架 du jour: Jade）和内容协商。Express 是非常轻量级的，没有内嵌的 ORM 或类似东西来加重其负担。在这一方面，Express 无法与 Rails、Grails 或其他有完整堆栈的 Web 框架相比。
安装并使用 Express 的一个简单方法是通过 NPM package.json 文件将其声明为依赖关系，如清单 1 所示。该文件与 Maven 的 pom.xml 或 Bundler 的 Gemfile 类似，但它是 JSON 格式的。
{
"name":"magnus-server",
"version":"0.0.1",
"dependencies":{
"express":"2.4.6"
}
}Show moreShow more icon
在 清单 1.NPM 的 package.json 文件 中，我赋予 Node 项目一个名称 (magnus-server) 和一个版本号 (0.0.1)。我还将 Express 2.4.6 版本声明为一个依赖关系。NPM 的一个好处就是它会获取 Express 所有的传递依赖关系，迅速加载 Express 所需的其他所有第三方 Node 库。
通过 package.json 定义项目依赖关系之后，就可以通过在命令行输入 npm install 来安装所需的包。您会看到 NPM 安装 Express 和依赖关系，如 connect 、 mime 等等。
我们通过创建一个 JavaScript 文件来编写示例应用程序；我将其命名为 web.js，但实际上可以随便起一个名字。在您最喜欢的编辑器或 IDE 中打开此文件；例如，您可以使用 Eclipse JavaScript 插件 JSDT（参阅 参考资料 ）。
在此文件中，添加清单 2 中的代码：
var express = require('express');
var app = express.createServer(express.logger());
app.put('/', function(req, res) {
res.contentType('json');
res.send(JSON.stringify({ status:"success" }));
});
var port = process.env.PORT || 3000;
app.listen(port, function() {
console.log("Listening on " + port);
});Show moreShow more icon
这一小段代码发挥了很大的作用，因此我从头讲起。首先，如果想要在 Node 中使用第三方库，就要用到 require 短语；在 Magnus Server：第一步 中，我们 需要 Express 框架，并通过 express 变量获得其句柄。下一步，我们通过 createServer 调用创建一个应用程序实例，它会创建一个 HTTP 服务器。
然后我们通过 app.put 定义一个端点。在本例中，我们定义一个 HTTP PUT 作为在应用程序根部 (/) 监听的 HTTP 方法。 put 调用有两个参数：路由和调用路由时相应的回调。第二个参数是在运行时端点 / 被启动时的调用函数。记住，此回调就是 Node 所谓的事件驱动或 事件 I/O，即异步调用回调函数。终端可以同时处理大量请求而不必手动创建线程。
作为端点定义的一部分，我们创建处理 / 的 PUT 逻辑。为了简单起见，我们将响应类型设置为 JSON，然后发送一个简单的 JSON 文档： ({"status":"success"}) 。请注意这里的 stringify 方法恰到好处，它会接收哈希表然后将其转换成 JSON 格式。
JSON 和 JavaScript 是同胞兄弟，这种关系延续到了 Node 中。在 Node 应用程序中解析 JSON 无需特别的库或结构；您可以使用与对象图类似的逻辑调用。简而言之，Node 对待 JSON 就像自有的类型一样，这就使得编写基于 JSON 的 Web 应用程序变得非常简单。
下一步，创建用来表示应用程序所监听的端口的变量；可以通过获取 PORT 环境变量或直接设置为 3000 来完成。最后，通过调用 listen 方法来启动此应用程序。我们再次传入一个回调函数，它将会在应用程序启动并运行至将消息打印到控制台时被调用（本例中，是 standard out ）。
这个完美的应用程序会对所有 PUT 作出响应，因此只要在命令行输入 node web.js 即可运行。如果您想要进一步测试该应用程序，我建议您下载 WizTools.org 的 RESTClient 。有了 RESTClient，您就可以通过对 http://localhost:3000 执行 HTTP PUT 以快速测出 Magnus Server 是否工作正常。如果正常，您会看到表示执行成功的 JSON 响应。（参阅 参考资料 了解更多有关安装和使用 RESTClient 的信息。）
JavaScript 和 JSON 紧密关联，这使得在 Express 中管理 JSON 变得非常简单。在这一节，我们将在 Magnus Server：第一步 的主应用程序中添加一些代码，从而能获取传入的 JSON 文档并将其打印到 standard out 。然后，我们将所有内容持久化为 MongoDB 实例。
传入的文档与清单 3 类似（请注意，简单起见，我省略了位置信息）：
{
"deal_description":"free food at Freddie Fingers",
"all_tags":"free,burgers,fries"
}Show moreShow more icon
清单 4 添加了解析传入文档的功能：
app.use(express.bodyParser());
app.put('/', function(req, res) {
var deal = req.body.deal_description;
var tags = req.body.all_tags;
console.log("deal is :" + deal + " and tags are " + tags);
res.contentType('json');
res.send(JSON.stringify({ status:"success" }));
});Show moreShow more icon
请注意， 用 Express 解析 JSON 中包含了一行代码指引 Express 使用 bodyParser 。这会让我们能轻松地（我是说 轻松地 ）获取传入的 JSON 文档的属性。
put 回调函数中的代码是用来获取传入文档的 deal_description 和 all_tags 属性值。请注意，我们获得请求文档的每个元素时是多么轻松：在本例中， req.body.deal_description 获取 deal_description 的值。
你也可以对此实现进行测试。关闭 magnus-server 实例并重启，然后使用一个 HTTP PUT 将一个 JSON 文档提交到 Express 应用程序中。首先，您会看到一个成功响应。其次，Express 会把您提交的值发送到 standard out 。通过使用我的 Freddie Fingers 文档，我获取了输出结果。
deal is : free food at Freddie Fingers and tags are free, burgers, fries.Show moreShow more icon
我们已经拥有了一个工作正常的应用程序，它能接收和解析 JSON 文档，并返回响应。现在要做的就是增加一些持久性逻辑。由于我偏爱 MongoDB（参见 参考资料 ），因此我选择通过 MongoDB 实例持久化数据。为了让处理过程更简单一些，我们将会用到第三方库 Mongolian DeadBeef ，我们将用它来存储传入 JSON 文档的值。
Mongolian DeadBeef 是众多的用于 Node 的 MongoDB 库中的一个。我之所以选择它是因为我觉得它名字很有趣，还因为它对本机 MongoDB 驱动的监控功能让我非常满意。
现在，您已经知道，使用 Mongolian DeadBeef 的第一步是升级 package.json 文件，如清单 5 所示：
{
"name":"magnus-server",
"version":"0.0.1",
"dependencies":{
"express":"2.4.6",
"mongolian":"0.1.12"
}
}Show moreShow more icon
由于我们将会使用 MongoDB 数据存储，因此需要通过运行 npm install 来更新项目的硬件依赖关系。为了提高 Mongolian DeadBeef MongoDB 驱动的性能，我们还需要安装本机 C++ bson 解析器，NPM 能指导我们完成这一过程。
在开始使用 Mongolian DeadBeef 之前，在现有的实现中再添加一个 require ，然后连接到所需的 MongoDB 实例上（如清单 6 所示）。在本示例中，我们将连接到由 MongoHQ 托管的实例上，它是 MongoDB 的云供应者。
var mongolian = require("mongolian");
var db = new mongolian("mongo://a_username:[email protected]:23034/magnus");Show moreShow more icon
在 PUT 回调函数中，我们持久化来自传入的 JSON 文档的值，如清单 7 所示：
app.put('/', function(req, res) {
var deal = req.body.deal_description;
var tags = req.body.all_tags;
db.collection("deals").insert({
deal: deal,
deal_tags: tags.split(",")
})
res.contentType('json');
res.send(JSON.stringify({ status:"success" }));
});Show moreShow more icon
仔细看，您会发现 insert 语句和 MongoDB shell 中的 insert 一样。这不是巧合，MongoDB 的 shell 也使用了 JavaScript！因此，我们能够轻松地持久化拥有两个字段的文档： deal 和 deal_tags 。请注意，我们通过对 tags 字符串使用 split 方法将 deal_tags 设置为数组。
如果您想要测试一下（有谁不想呢？），那么重启实例，再发送一个 JSON 文档，然后再检查 MongoDB 中的 deals 集合。您应该会看到一个与您发送的 JSON 文档几乎一模一样的文档。
{
deal:"free food at Freddie Fingers",
deal_tags:["free", "burgers", "fries"],
_id:"4e73ff3a41258b7423000001"
}Show moreShow more icon
如果您以为我偷懒，这么快就结束这篇 Node.js 简介，那么我要告诉您：确实结束了！虽然只写了 20 多行代码，但已经足以构成一个完整、稳定的应用程序，这就是 Node 的美妙之处。编写和理解代码都非常容易，而且异步回调函数使其功能非常强大。应用程序编写完成后，就可以部署在任意个 PaaS 提供程序上，从而达到最大的可扩展性。
参见参考资源部分了解本文中所讨论技术的更多信息，包括 Node.js、 MongoDB 和 PaaS 选项，如 Google App Engine、Amazon 的 Elastic Beanstalk 和 Heroku。