一、Node.js 基础

1.1 什么是 Node.js？

Node.js 是一个基于 Chrome V8 引擎的 JavaScript 运行环境，它允许开发者使用 JavaScript 编写服务器端代码。Node.js 的核心特点：

• 跨平台：可在 Windows、Linux、macOS 等系统上运行
• 事件驱动：采用事件循环机制处理并发
• 非阻塞 I/O：高效处理 I/O 操作，适合高并发场景
• 单线程：基于单线程模型，但通过事件循环实现高并发

// 最简单的 Node.js 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('服务器运行在 http://127.0.0.1:3000/');
});

1.2 Node.js 与浏览器 JavaScript 的区别

特性	浏览器 JavaScript	Node.js
运行环境	浏览器	服务器
全局对象	window	global
模块系统	ES6 模块、CommonJS (通过 bundler)	CommonJS
核心 API	DOM、BOM	fs、http、path 等
用途	前端交互	后端服务、工具开发

关键区别：

• Node.js 没有 DOM 和 BOM 相关 API
• Node.js 提供了操作系统级别的 API（如文件系统、网络等）
• Node.js 使用 CommonJS 模块系统（require/module.exports）

1.3 Node.js 版本管理

• 使用 LTS（长期支持）版本进行生产环境开发
• 推荐使用 nvm（Node Version Manager）管理多个 Node.js 版本
• 常用命令：

  nvm install --lts      # 安装最新 LTS 版本
  nvm use --lts          # 使用 LTS 版本
  nvm install 18.0.0     # 安装特定版本

二、Node.js 模块系统

2.1 CommonJS 规范

Node.js 采用 CommonJS 模块规范，核心概念：

• 每个文件是一个模块：具有独立的作用域
• 模块缓存：已加载的模块会被缓存，避免重复加载
• 同步加载：模块在代码执行前同步加载

2.2 模块导出

exports 对象

// math.js
exports.add = (a, b) => a + b;
exports.subtract = (a, b) => a - b;

// 使用
const math = require('./math');
console.log(math.add(2, 3)); // 5

module.exports

// user.js
module.exports = class User {
  constructor(name) {
    this.name = name;
  }
};

// 使用
const User = require('./user');
const user = new User('John');

exports vs module.exports 区别

• exports 是 module.exports 的引用
• 不能直接给 exports 赋值（会断开引用）
• 当需要导出单个对象/函数时，使用 module.exports
• 当需要导出多个属性时，使用 exports.property

// 正确：给 exports 添加属性
exports.add = (a, b) => a + b;

// 正确：整个替换 module.exports
module.exports = (a, b) => a + b;

// 错误：直接给 exports 赋值（会断开与 module.exports 的引用）
exports = (a, b) => a + b;

2.3 模块导入

三种模块类型

// 核心模块（Node.js 内置）
const fs = require('fs');

// 第三方模块（通过 npm 安装）
const express = require('express');

// 自定义模块（本地文件）
const utils = require('./utils');

路径解析规则

• 无路径前缀：查找 node_modules
• 以 ./ 或 ../ 开头：相对路径
• 以 / 开头：绝对路径

三、常用内置模块

3.1 fs 文件系统模块

文件读写

const fs = require('fs');

// 同步读取文件
try {
  const data = fs.readFileSync('file.txt', 'utf8');
  console.log(data);
} catch (err) {
  console.error(err);
}

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

// 写入文件
fs.writeFile('output.txt', 'Hello Node.js', (err) => {
  if (err) throw err;
  console.log('文件已保存');
});

常用 fs 方法

方法	描述
fs.readFile()	异步读取文件
fs.readFileSync()	同步读取文件
fs.writeFile()	异步写入文件
fs.writeFileSync()	同步写入文件
fs.appendFile()	追加内容到文件
fs.mkdir()	创建目录
fs.readdir()	读取目录内容
fs.stat()	获取文件信息

最佳实践：

• 优先使用异步方法（避免阻塞事件循环）
• 处理所有可能的错误
• 使用 path 模块处理路径（避免跨平台问题）

3.2 path 路径模块

路径拼接

const path = require('path');

// 路径拼接（自动处理分隔符）
const filePath = path.join('/users', 'john', 'docs', 'file.txt');
console.log(filePath); // /users/john/docs/file.txt

// 处理 Windows 路径
const winPath = path.join('C:\\', 'Users', 'John', 'Documents');
console.log(winPath); // C:\Users\John\Documents

路径解析

const filePath = '/users/john/docs/file.txt';

console.log(path.dirname(filePath));   // /users/john/docs
console.log(path.basename(filePath));  // file.txt
console.log(path.extname(filePath));   // .txt

// 获取文件名（不含扩展名）
console.log(path.basename(filePath, path.extname(filePath))); // file

常用 path 方法

方法	描述
path.join()	拼接路径片段
path.resolve()	将相对路径解析为绝对路径
path.dirname()	获取目录名
path.basename()	获取文件名
path.extname()	获取文件扩展名
path.isAbsolute()	检查是否为绝对路径

3.3 http 模块

创建 HTTP 服务器

const http = require('http');

const server = http.createServer((req, res) => {
  // 设置响应头
  res.writeHead(200, { 'Content-Type': 'text/plain' });
  
  // 写入响应体
  res.write('Hello, ');
  
  // 结束响应
  setTimeout(() => {
    res.end('World!');
  }, 500);
});

server.listen(3000, () => {
  console.log('服务器运行在 http://localhost:3000/');
});

处理不同路由

const server = http.createServer((req, res) => {
  if (req.url === '/') {
    res.end('首页');
  } else if (req.url === '/about') {
    res.end('关于页面');
  } else {
    res.writeHead(404);
    res.end('页面不存在');
  }
});

获取查询参数

const url = require('url');

const server = http.createServer((req, res) => {
  const parsedUrl = url.parse(req.url, true);
  const query = parsedUrl.query;
  
  if (parsedUrl.pathname === '/search') {
    res.end(`搜索关键词: ${query.q}`);
  }
});

3.4 events 模块

事件触发与监听

const EventEmitter = require('events');

// 创建事件发射器
class MyEmitter extends EventEmitter {}

const myEmitter = new MyEmitter();

// 注册事件监听器
myEmitter.on('event', (arg1, arg2) => {
  console.log('事件触发:', arg1, arg2);
});

// 触发事件
myEmitter.emit('event', 'a', 'b');

常用事件方法

方法	描述
on(event, listener)	添加事件监听器
once(event, listener)	添加一次性事件监听器
emit(event[, ...args])	触发事件
removeListener(event, listener)	移除事件监听器
setMaxListeners(n)	设置最大监听器数量

实用场景：

• 自定义事件系统
• 实现观察者模式
• 处理异步操作完成

四、npm 包管理

4.1 package.json

初始化项目

npm init -y  # 快速创建 package.json

关键字段说明

{
  "name": "my-app",
  "version": "1.0.0",
  "description": "My awesome app",
  "main": "index.js",
  "scripts": {
    "start": "node index.js",
    "dev": "nodemon index.js"
  },
  "dependencies": {
    "express": "^4.17.1"
  },
  "devDependencies": {
    "nodemon": "^2.0.7"
  }
}

4.2 常用 npm 命令

安装依赖

# 安装生产依赖
npm install express

# 安装开发依赖
npm install --save-dev nodemon

# 全局安装
npm install -g create-react-app

管理依赖

# 更新包
npm update express

# 卸载包
npm uninstall express

# 查看过期的包
npm outdated

运行脚本

# 运行 package.json 中定义的脚本
npm run dev

# 运行 start 脚本（特殊，可省略 run）
npm start

4.3 语义化版本控制

• ^1.2.3：允许更新到最新兼容版本（1.x.x）
• ~1.2.3：允许更新到最新补丁版本（1.2.x）
• 1.2.3：精确匹配指定版本

五、实用技巧与最佳实践

5.1 错误处理

异步错误处理

// 回调方式
fs.readFile('file.txt', (err, data) => {
  if (err) {
    console.error('读取文件出错:', err);
    return;
  }
  console.log(data);
});

// Promise 方式
const fs = require('fs').promises;

async function readFile() {
  try {
    const data = await fs.readFile('file.txt', 'utf8');
    console.log(data);
  } catch (err) {
    console.error('读取文件出错:', err);
  }
}

错误类型判断

try {
  // 可能出错的代码
} catch (err) {
  if (err.code === 'ENOENT') {
    console.error('文件不存在');
  } else {
    console.error('其他错误:', err);
  }
}

5.2 调试技巧

console 调试

// 基本日志
console.log('普通日志');
console.info('信息日志');
console.warn('警告日志');
console.error('错误日志');

// 格式化输出
console.log('用户 %s 年龄 %d', 'John', 30);

// 对象检查
console.dir(obj, { depth: null, colors: true });

// 性能测试
console.time('operation');
// 执行操作
console.timeEnd('operation');

使用 Node.js 调试器

# 启动调试
node inspect app.js

# 在代码中设置断点
debugger;

Chrome DevTools 调试

# 启动调试
node --inspect app.js
# 或
node --inspect-brk app.js  # 在第一行暂停

# 打开 Chrome 浏览器
# 访问 chrome://inspect
# 点击 "Open dedicated DevTools for Node"

5.3 代码组织

模块化设计

// utils/string.js
exports.capitalize = (str) => str.charAt(0).toUpperCase() + str.slice(1);

// utils/array.js
exports.unique = (arr) => [...new Set(arr)];

// app.js
const { capitalize } = require('./utils/string');
const { unique } = require('./utils/array');

项目结构建议

my-app/
├── node_modules/     # 依赖包
├── src/              # 源代码
│   ├── config/       # 配置文件
│   ├── controllers/  # 控制器
│   ├── models/       # 数据模型
│   ├── routes/       # 路由
│   ├── services/     # 业务逻辑
│   ├── utils/        # 工具函数
│   └── index.js      # 入口文件
├── tests/            # 测试代码
├── public/           # 静态资源
├── .env              # 环境变量
└── package.json

5.4 环境变量管理

使用 dotenv 模块

npm install dotenv

// 在应用最开始加载
require('dotenv').config();

// 使用环境变量
const dbHost = process.env.DB_HOST;
const dbUser = process.env.DB_USER;
const dbPass = process.env.DB_PASS;

.env 文件示例

DB_HOST=localhost
DB_USER=root
DB_PASS=secret
PORT=3000

最佳实践：

• 不要将 .env 文件提交到版本控制
• 在 .gitignore 中添加 .env
• 为环境变量提供默认值
• 使用 NODE_ENV 区分开发和生产环境