Node JS фундаментальный курс от А до Я. Node.js Теория и практика

Добро пожаловать на третий фундаментальный курс на этом канале, где мы подробно рассмотрим основные концепции Node.js. Мы начнем с установки Node.js, а затем обсудим ее основные принципы, включая движок V8 и асинхронную модель, охватывающую блокирующие и неблокирующие операции, многопоточность, шаблон reactor, демультиплексор событий и архитектуру, управляемую событиями. Практическая часть включает в себя стандартные модули, такие как "процесс", взаимодействие с файловой системой на примере небольшой задачи, которая эффективно обрабатывает потоки. Мы также рассмотрим работу с модулями операционной системы и кластеризацию для запуска нескольких процессов приложения; создание событий с помощью EventEmitter; обработку потоков, таких как доступные для чтения / записи, путем чтения фрагментов файлов для отправки их клиентам; компоненты клиент-сервер, ориентированные на HTTP-модуль, путем создания мини-фреймворка, аналогичного Экспресс.

Установка Node.js и проверка установки Начните с установки Node.js с официального веб-сайта. Последняя версия - 17, но версия 14 стабильна; для этого курса можно использовать любую из них. После установки откройте терминал и запустите "node -v", чтобы проверить установленную версию (например, v16). Также убедитесь, что npm (диспетчер пакетов Node) был установлен с помощью "npm -v". Создайте файл JavaScript (.js), напишите код для суммирования двух чисел и запустите его с помощью команды "node '.

Введение в NPM: Управление пакетами NPM расшифровывается как Node Package Manager и содержит множество пакетов, включая такие платформы, как Express, React. Это упрощает управление пакетами — установку или удаление зависимостей в проектах с помощью простых команд ('npm install ', 'npm uninstall '). Инициализируйте свой проект с помощью `npm init`, ответьте на вопросы о конфигурации, которые сгенерируют файл package.json, описывающий детали проекта, такие как название, версия, скрипты.

Обработка зависимостей в проектах В разделе "Зависимости" файла package.json перечислены все необходимые пакеты, в то время как "devDependencies" необходимы только на этапе разработки. Устанавливайте производственные зависимости обычным образом (`npm install express`), тогда как в dev-зависимостях используется флаг `--save-dev` (`npm install --save-dev`). Все зависимости хранятся в папке node_modules, которую следует добавить в .gitignore из-за ее размера; другие разработчики могут просто запустить "npm install" после клонирования репозитория, чтобы получить необходимые модули.

Понимание Node.js и его основных компонентов Node.js это программная платформа, которая преобразует JavaScript в машинный код, позволяя разрабатывать серверные приложения. Изначально разработанная для браузерных приложений с ограниченной функциональностью, Node.js расширяет возможности JavaScript для взаимодействия с устройствами ввода-вывода с помощью специализированных API, написанных на C++. Ключевые преимущества использования Node.js включают быстрое освоение разработчиками, знакомыми с JavaScript, высокую скорость обработки запросов благодаря неблокирующим операциям ввода-вывода, унифицированный язык разработки интерфейсов и серверной части, расширенный менеджер пакетов (npm) и быстрое создание прототипов.

Роль двигателя V8 в Node.js Node.js использует движок V8, разработанный Google, для эффективной компиляции и выполнения кода JavaScript в различных операционных системах, таких как Windows, macOS и Linux. Написанный на C++, V8 управляет выделением памяти для объектов, а также сборкой мусора. Эта надежная основа позволяет плавно переходить от исходного кода к исполняемому машинному коду, обеспечивая при этом оптимальную производительность.

Libuv: Кроссплатформенные операции ввода-вывода Libuv обеспечивает кроссплатформенную поддержку асинхронных операций ввода-вывода, таких как доступ к файловой системе или сетевое взаимодействие внутри системы. Node.js приложения. Он действует как интерфейс, обеспечивающий согласованное поведение в различных операционных средах, не требуя от разработчиков глубокого понимания основных различий между такими платформами, как Windows или Linux.

"Цикл обработки событий": Упрощение асинхронного программирования "Цикл обработки событий" упрощает асинхронное программирование за счет управления неблокирующими потоками выполнения в однопоточных средах, типичных для таких языков, как JS Python, где инструкции по умолчанию блокируются, если явно не обработаны иным образом с помощью многопоточных методов, которые могут быть сложными; вместо этого циклы обработки событий обеспечивают непрерывную обработку задач до получения результатов, что повышает эффективность, особенно в тяжелых условиях. сценарии загрузки, включающие множество простых задач ввода-вывода, хотя и требуют больших вычислительных затрат, все еще могут создавать проблемы

Блокирующие и неблокирующие модели ввода-вывода Классические веб-серверы, такие как Java, используют модель блокирующего ввода-вывода, в которой каждый поток выполняет команды последовательно, заставляя весь процесс ждать, если операция занимает много времени. Это может привести к неэффективности, поскольку потоки потребляют ресурсы даже в режиме ожидания.

Проблемы многопоточности в модели блокчейна Для решения проблем с блокировкой операции обрабатываются различными потоками на уровне операционной системы. Однако этот подход потребляет значительные ресурсы и требует квалифицированных программистов из-за таких сложностей, как взаимная блокировка и управление ресурсами.

Преимущества неблокирующего ввода-вывода с помощью цикла обработки событий В неблокирующих моделях, таких как Node.js цикл обработки событий, один основной поток обрабатывает несколько подключений, не дожидаясь завершения операций. Системные вызовы немедленно возвращают управление, в то время как механизмы опроса обрабатывают результаты асинхронно.

Понимание и использование объекта Глобального процесса В этом курсе мы будем часто использовать глобально доступный объект "process" для получения информации о текущем процессе. Например, он позволяет нам получить уникальный идентификатор для каждого запущенного процесса. Мы также можем создать бесконечный цикл в нашем приложении и наблюдать за его поведением с помощью инструментов диспетчера задач.

Настройка переменных среды с помощью пакета Cross-Env Переменные среды имеют решающее значение, поскольку их можно указать в файлах конфигурации или при запуске приложения. Установив специальные пакеты, такие как "cross-env", эти переменные могут быть должным образом инициализированы в различных средах, таких как режимы разработки или производства.

'Передача аргументов во время выполнения и условное завершение процессов Мы рассмотрим, как передавать аргументы во время выполнения, которые влияют на логику программы на основе условий, заданных этими аргументами. Кроме того, процессы могут быть завершены при определенных условиях с использованием методов, предоставляемых глобальными объектами Node.js.

"Модуль Path: Основные методы обеспечения кросс-платформенной совместимости" Понимание модуля "путь" имеет решающее значение для взаимодействия с файловыми системами. Метод "объединения" объединяет сегменты пути, обеспечивая совместимость в разных операционных системах за счет автоматической обработки разделителей. Глобальные переменные "__dirname" и "__filename" предоставляют абсолютные пути к текущему каталогу и файлу соответственно, что обеспечивает гибкую навигацию по каталогам.

"Разрешить методы синтаксического анализа функций и путей" Функция 'resolve' всегда возвращает абсолютный путь независимо от входных аргументов, что делает ее менее предсказуемой, но полезной, когда требуются точные пути от корневого каталога к целевым файлам или каталогам. Разбор заданной строки пути на ее компоненты (корневой каталог, имя файла, расширение) может быть выполнен с помощью метода "parse", который упрощает извлечение определенных частей пути к файлу.

"Освоение класса URL для эффективной разработки HTTP-сервера" Для эффективного построения HTTP-серверов в Node.js важно понимать, как выполняется синтаксический анализ URL-адресов, поскольку URL-адреса содержат протоколы, имена хостов и параметры запроса, которые необходимо извлечь. Используя глобальный класс ‘URL’, можно создавать объекты, содержащие исчерпывающую информацию о любом заданном URL, включая, среди прочего, тип протокола и путь к нему; это значительно помогает при разработке веб-фреймворков.

Введение в работу с файловой системой В видео рассказывается об операциях с файловой системой, в частности о создании, удалении, чтении и записи файлов и каталогов. В нем объясняется использование Node.js для этих задач есть модуль fs.

Синхронное и асинхронное создание каталогов Для синхронного создания каталогов в Node.js при использовании функции 'mkdirSync' требуется указать путь. Для вложенных папок или рекурсивного создания необходим объект options с {recursive: true}. При асинхронном создании каталогов используются обратные вызовы для обработки ошибок или подтверждения успешного выполнения.

Одновременное и асинхронное удаление каталогов 'rmdirSync' удаляет каталоги синхронно, используя путь в качестве аргумента, в то время как асинхронное удаление предполагает передачу обратного вызова, который обрабатывает потенциальные ошибки во время выполнения.

Запись файлов: Перезапись или добавление данных "writeFileSync" записывает данные в файлы, но перезаписывает существующее содержимое, тогда как "appendFileSync" добавляет новые данные в конце, не удаляя предыдущее содержимое. Оба метода имеют асинхронные аналоги, требующие обратных вызовов для обработки ошибок.

Использование обещаний вместо обратных вызовов "Promises" предлагают более чистый код по сравнению с вложенными обратными вызовами (callback hell). Такие функции, как ”WriteFile", могут быть обернуты в promises, что обеспечивает лучшую читаемость благодаря синтаксису async /await вместо глубоко вложенных структур."}, {

Взаимодействие с операционной системой Введен модуль для взаимодействия с операционной системой, позволяющий нам получать информацию, например, о текущей операционной системе и архитектуре процессора. Эта функциональность помогает веб-разработчикам оптимизировать производительность приложений за счет использования многоядерных процессоров.

Применение кластеризации в Node.js приложения Используя модуль cluster, мы можем запускать несколько дочерних процессов для эффективного использования всех ядер процессора. Процесс включает в себя проверку того, является ли процесс основным, а затем, соответственно, запуск рабочих процессов. Каждый рабочий процесс периодически регистрирует свою активность.

Корректная обработка сбоев процесса Для обеспечения максимальной эффективности многоядерных систем крайне важно справляться с неожиданными сбоями, автоматически перезапуская неработающие рабочие системы с помощью прослушивателей событий, таких как "exit". Такой подход обеспечивает оптимальную производительность без ручного вмешательства.

Понимание Node.js Отправитель событий Модуль "события" в Node.js позволяет создавать, подписываться и генерировать события. Импортируя этот модуль и создавая экземпляр класса EventEmitter, пользовательские пользовательские события могут быть определены с использованием таких методов, как "on" для прослушивания событий и "emit" для запуска этих событий. Этот механизм аналогичен обработке событий во внешнем интерфейсе (например, прокрутка или щелчок). События могут содержать несколько аргументов, которые обрабатываются функциями обратного вызова.

Практическое применение излучателей событий Генераторы событий предоставляют удобный способ управления асинхронными операциями в различных сценариях, таких как серверные архетипы или обмен данными через WebSocket. Например, создание события завершения при завершении процесса помогает управлять конкретными действиями, связанными с этим событием. Метод "once" обеспечивает однократное выполнение, в то время как "removeListener" эффективно удаляет определенные прослушиватели. Эти функциональные возможности делают его неотъемлемой частью многих модулей в рамках Node.js.

Понимание потоков и их типов Потоки, в отличие от threads (потоков выполнения), являются механизмами обработки данных в Node.js. Существует четыре типа: доступные для чтения данных, доступные для записи данных, двусторонние, которые могут считывать и записывать данные одновременно, и преобразующие потоки, которые изменяют данные во время обработки. Они позволяют эффективно обрабатывать большие файлы, разбивая их на фрагменты вместо загрузки целых файлов за один раз.

Чтение файлов с помощью читаемых потоков Использование читаемого потока из модуля 'fs' позволяет нам обрабатывать большие файлы по частям, а не все сразу. Подписываясь на такие события, как "данные", мы обрабатываем каждый фрагмент по мере его чтения — по умолчанию это 64 КБАЙТ, что делает операции с файлами более экономичными по сравнению с традиционными методами, при которых в память загружаются целые файлы.

Запись данных с использованием потоков, доступных для записи Потоки, доступные для записи, позволяют выполнять поэтапную запись фрагментов в файл с использованием таких методов, как "write". После завершения записи в циклах или других структурах важно вручную завершить поток с помощью таких функций, как ".end()". Такой подход обеспечивает контролируемое управление ресурсами при эффективном выполнении нескольких операций записи.

"Канал": Синхронизация потоков, доступных для чтения и записи. Метод "Pipe" синхронизирует потоки, доступные для чтения (например, входящие HTTP-запросы), с потоками, доступными для записи (например, ответы). Он автоматически обрабатывает несоответствия между быстрыми скоростями чтения и более медленными скоростями передачи по сети, обеспечивая плавную потоковую передачу без преждевременного прерывания соединения до полной доставки контента.

Создание базового HTTP-сервера Чтобы создать HTTP-сервер, импортируйте стандартный модуль "http" и используйте метод "createServer". Этот метод использует функцию обратного вызова для обработки входящих подключений с использованием потоков запросов (req) и ответов (res). Чтобы начать прослушивание подключений, вызовите функцию "прослушивание", указав номер порта; если он не указан с помощью переменных среды, по умолчанию он равен 5000.

Обработка ответов в различных форматах При отправке ответов с вашего сервера закрывайте поток, передавая данные, которые пользователи получат в качестве ответа. Укажите необходимые заголовки, например, код состояния 200, и тип содержимого в виде текста/html в кодировке UTF-8, чтобы браузеры могли правильно интерпретировать кириллические символы или HTML-разметку.

Создание конечных точек REST API "Конечные точки REST API позволяют обмениваться данными в формате JSON между клиентом и сервером". Определите различные маршруты, такие как "/users" или "/posts", каждый из которых изначально возвращает определенные строки, но позже преобразует объекты JavaScript в формат JSON, прежде чем отправлять их обратно через соответствующие заголовки, указывающие тип содержимого приложения/json.

Создание простого фреймворка, подобного Express Мы предлагаем создать наш собственный фреймворк, аналогичный Express, с надлежащей маршрутизацией. Сначала мы создаем класс Router и инициализируем объект intence для хранения маршрутов в виде ключей (адресов) и обработчиков в виде значений. Мы добавляем такие методы, как request(), для обработки различных HTTP-методов, гарантируя отсутствие конфликтов в существующих маршрутах.

Внедрение источников событий для маршрутизации Для управления событиями, соответствующими запросам, мы используем шаблон источника событий. События генерируются на основе определенных путей и методов с использованием уникальных масок, сочетающих формат путь:метод. Это позволяет нам запускать соответствующие обработчики при появлении соответствующих запросов.

Методы абстрагирования для удобства Для простоты разработки дополнительные методы-оболочки, такие как get(), post() и т.д., создаются вокруг основного метода запроса в классе Router. Эти методы-оболочки упрощают добавление новых конечных точек без повторного указания HTTP-команд вручную каждый раз.

Механизм обработки сообщения "404 не найдено" Добавлен механизм, при котором, если конечная точка не существует или не соответствует какому—либо маршруту, она немедленно возвращается, а не зависает на неопределенный срок, гарантируя, что пользователь немедленно получит обратную связь о том, что запрошенный им ресурс не был найден.

Настройка MongoDB с помощью Mongoose Для эффективной работы с базой данных мы используем MongoDB и пакет Mongoose для упрощения взаимодействия. После регистрации на сайте mongodb.com и создания нового проекта вы можете быстро развернуть облачную базу данных, выбрав такие параметры, как бесплатный кластер и расположение сервера (например, во Франкфурте). Этот процесс включает в себя настройку пользователей, разрешений, создание кластера, что занимает 1-3 минуты.

Подключение к базе данных в коде Импортируйте mongoose в свой JavaScript-файл и создайте функцию асинхронного запуска, заключенную в блоки try-catch, для обработки возможных ошибок при подключении. Используйте "mongoose.connect" в этой функции для подключения, используя учетные данные из созданной вами учетной записи пользователя. Создайте другой файл для определения схем; здесь вы определите, как структурированы данные (например, пользовательская схема), используя метод модели mongoose.

Взаимодействие с данными с использованием моделей В контроллерах, где выполняются операции с данными, замените статические массивы динамическими запросами с помощью моделей mongoose. Для выборки всех пользователей или конкретных пользователей на основе параметров ID, отправленных в запросах: используйте такие методы, как "find` или `findById`. Аналогично, при создании новых записей, таких как добавление пользователей с помощью POST—запросов, используйте функции модели ("create"), передающие содержимое тела запроса, а затем возвращающие результаты обратно клиентам, обеспечивая плавные операции CRUD, интегрированные непосредственно в логику приложения.

Рекомендуемые дальнейшие шаги для изучения разработки серверной части После прохождения этого курса рекомендуется посмотреть видео по серверной разработке для начинающих, доступное на канале. Оно познакомит вас с Express.js фреймворком и MongoDB, которые предоставляют базовые знания о базах данных, ориентированных на документы. После этого ознакомьтесь с реляционными базами данных с помощью двух специальных видеороликов, посвященных основам SQL и практической интеграции с Node.js.

Продвинутые темы и практические проекты Следующие шаги включают в себя изучение базовых методов авторизации в Node.js за которыми последуют продвинутые методы, связанные с токенами доступа. Ознакомьтесь с NestJS как с передовой серверной платформой, прежде чем расширять свои навыки, используя такие технологии, как GraphQL и WebSockets, для приложений реального времени, таких как инструменты онлайн-рисования или приложения для чата. Занимайтесь обширной практикой, создавая такие проекты, как Telegram-боты, музыкальные платформы, на которые авторы могут загружать треки, сайты электронной коммерции с нуля, включая системы аутентификации пользователей, интегрированные со сложными структурами баз данных.