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Node.js基础 六、网络编程

⭐ by calidion

Node.js的优势能力

Node.js让网络开发变的非常容易 让很多原来必须使用C++开发的项目有机会通过Node.js来实现。 Node.js编写网络应用的优势主要是在它简化了网络连接与管理的代码

网络基础知识

  1. TCP/IP协议(互联网的基础设施）

  1. Socket
  2. IO模型(select, poll, epoll, Kqueue, IOCP)

Socket

  1. 是一种连接方式
  2. 基于IP+PORT

Socket编程

  1. 是指基于IP+PORT的方式进行编程的方式
  2. 典型的Socket编程：TCP/UDP
  3. TCP/UDP之上的编程也都是Socket编程

网络编程基础--IO模型

  1. select/poll 一种轮询检查IO的机制 select来自BSD分支 poll来自AT & T分支

  2. epoll/kqueue 基于事件的IO机制，不再轮询，提高了效率 epoll是Linux的模型 kqueue是BSD的模型，包括Darwin

  3. IOCP 多线程异步IO模型, 事先会创建线程池用于请求的处理,是Windows平台的

libuv

  1. 是Cross-platform asynchronous I/O，即libuv是将不同的平台接口进行统一，并提供一致的接口给上层，屏蔽OS系统造成的差异
  2. Node.js使用libuv在不同的平台采用最高效的IO模型（包括epoll, IOCP, kqueue)
  3. libuv最初是给Node.js开发使用的

select/poll的问题

  1. 最大并发数限制 一个进程的并发数受限（FD_SIZE = 1024） 修改FD_SIZE无法改善
  2. 效率问题 每次扫描所有的FD 连接越多，速度越慢
  3. 内存拷贝 用户态与核态互拷数据
  4. poll 取消了并发数限制，但是没有解决其它2个问题

异步与同步、阻塞与非阻塞

  1. 异步与同步主要是相对于代码执行来讲的
  2. 阻塞与非阻塞主要是相对于进程/线程来讲的
  3. 异步/同步/阻塞/非阻塞IO实际上是相对于IO调用来讲的 当IO调用会阻塞/非阻塞线程时，那么这个IO就是阻塞/非阻塞IO 当IO调用会导致代码同步/异步时，那么这个IO就是同步/异步IO

关系表

代码 线程/进程
同步 阻塞
异步 非阻塞

阻塞IO与非阻塞IO

  1. 阻塞IO

  1. 非阻塞IO

  1. 异步IO

IO模型对比

异步编程与异步IO的关系

  1. 异步编程是基于异步调用的

  2. 代码的异步调用的原因可以是 a. 进程性/线程的异步（setImmediate) b. 定时器引起的异步(setTimeout) c. 异步IO引起的异步(socket编程) d. 事件引起的异步

  3. 以上形式都可以导致异步调用，但是不一定是在语言层面上就是异步的

异步IO与Node.js的结合

  1. javascript在是事件驱动的语言
  2. javascript语言本身并没有多线程机制
  3. javascript的事件回调函数机制非常成熟
  4. 异步+单线程有一些明显的好处 减少了线程切换成本 避免了等待 有更高的效率

理解异步/同步

setImmediate(() => {
	console.log("1. async func executed");
});

function setSyncExecute(callback) {
	// 表示执行时间
	callback(sum);
}

setSyncExecute(() => {
	console.log("2. sync func executed");
}, 1000);
console.log("3. after sync");

代码说明

  1. 异步需要多线程支持
  2. JS里自定义的函数默认是同步的
  3. 回调与同步/异步无关

多进(线)程与并行的概念

多进程： 就是一个操作系统（OS），可以同时运行多个任务 多线程： 一个总任务，再分解成多个任务，同时执行。

并行： 就是二个或者二个以上的任务同时执行。

Node.js网络编程

  1. 支持协议 a. tcp b. udp c. http

  2. 理解无连接/有连接 a. 有连接是指链跟建立需要又方确认, tcp以及tcp之上的协议都是有连接的协议 b. 无连接是指建立链接不需要确认，udp协议属于这类协议

  1. 理解有状态与无状态 a. 有状态是指链接成功后，链接双方一直维护相互的用户状态(tcp)
  request1(unknown)
 A ---> B
  request2(know)
 A ---> B

b. 无状态是指链接成功后，链接双方不能直接通过链接本身识别双方(http)

  request1(unknown)
 A ---> B
  request2(unknown)
 A ---> B

创建TCP服务器

  1. 引入net包
const net = require("net");
  1. 创建服务器
const server = net.createServer((socket) => {
  socket.end('Hello from tcp server!\n');
});
  1. 侦听端口
server.listen(process.env.NODE_PORT || 8888);

其中： net包提供了基本的TCP接口包 net.createServer创建一个net.Server类的对象 使用listen方法侦听端口

net.Server 类

  1. 用于创建TCP/IPC服务器
new net.Server([options][, connectionListener])
//或者
net.createServer([options][, connectionListener])

2.可能响应的事件： a. connection：外部socket接入事件 b. listening: 侦听事件 c. close: 关闭事件 d. error: 错误事件

connection事件

const net = require("net");

const server = net.createServer((socket) => {
});

server.on("connection", (socket) => {
    // 无id
    console.log("socket id = " + socket.id);
    console.log("new socket is coming");
});

server.listen(process.env.NODE_PORT || 8888);

listening事件

server.on("listening", () => {
        console.log("server is listening");
        console.log(arguments);
});

比listen的回调优先级高。

error事件

server.on('error', (err) => {
  // handle errors here
  throw err;
});

close事件

会在所有连接关闭后发出

server.on('close', (err) => {
console.log("server is closed!");
});

net.Socket 类

  1. 获取远程地址与端口 .remoteAddress .remotePort

  2. 取消TCP缓存数据(Nagle算法) .setNoDelay

  3. 发送数据 .write

net.Socket 重要事件

  1. data 表示有数据进入

  2. end 表示数据传输完成

  3. 其它事件error, connect, close

创建UDP服务器

  1. 引入dgram包
const dgram = require('dgram');
  1. 创建udp服务器
const server = dgram.createSocket('udp4');
  1. 创建message事件的接收器
server.on('message', (msg, rinfo) => {
  console.log(`server got: ${msg} from ${rinfo.address}:${rinfo.port}`);
});
  1. 设置侦听事件的响应
server.on('listening', () => {
  const address = server.address();
  console.log(`server listening ${address.address}:${address.port}`);
});
  1. 绑定到端口上
server.bind(4333);

完成。

创建UDP客户端

  1. 引入dgram包
const dgram = require('dgram');
  1. 创建udp服务器
const client = dgram.createSocket('udp4');
  1. 发送消息
const message = Buffer.from('Udp 客户端请求');
client.send(message, 4333, 'localhost', (err) => {
  client.close();
});

UDP收发消息

  1. 服务器发消息
server.send("message '" + msg + "' received!", 
rinfo.port, rinfo.address);
  1. 客户端收消息
client.on("message", (msg, rinfo) => {
	console.log(`client got: ${msg} from ${rinfo.address}:${rinfo.port}`);
	console.log("message from server, received");
	console.log("message is" + msg);
	client.close();
});

HTTP服务器

  1. 引入http包
const http = require('http');
  1. 创建服务器
const server = http.createServer((req, res) => {
  res.end("Hello world!\n");
});
  1. 侦听端口
server.listen(4333);

访问测试

$> curl http://127.0.0.1:4333
Hello world!

最简单的HTTP服务器完成！

下面命令可以看到协议的一些交互信息：

curl -v http://127.0.0.1:4333