七天学会NodeJS（一）模块路径解析规则、代码的组织和部署

总结：

• 简介

  • 对于需要独立运行的JS，NodeJS就是一个解析器。
  • 以“/“开头为绝对路径
  • 模块初始化
    • 一个模块中的JS代码仅在模块第一次被使用时执行一次，并在执行过程中初始化模块的导出对象。之后，缓存起来的导出对象被重复利用。（仅会初始化一次）

• 代码的组织和部署

  • 步骤（package.json是项目关键）：
    • 先npm init 生成package.json文件
    • 在package.json文件中添加依赖项
    • npm install会自动下载依赖项在node_moudles文件夹中
  • lib文件夹
    • 存放API相关代码，或者标准库
  • 技巧
    • 使用npm help <command>可查看某条命令的详细帮助
    • 在package.json所在目录下使用npm install . -g可先在本地安装当前命令行程序，可用于发布前的本地测试。
    • 使用npm update <package>可以把当前目录下node_modules子目录里边的对应模块更新至最新版本。
    • 使用npm update <package> -g可以把全局安装的对应命令行程序更新至最新版。
    • 使用npm cache clear可以清空NPM本地缓存，用于对付使用相同版本号发布新版本代码的人。

1. NodeJS基础

什么是NodeJS

JS是脚本语言，脚本语言都需要一个解析器才能运行。对于写在HTML页面里的JS，浏览器充当了解析器的角色。而对于需要独立运行的JS，NodeJS就是一个解析器。

每一种解析器都是一个运行环境，不但允许JS定义各种数据结构，进行各种计算，还允许JS使用运行环境提供的内置对象和方法做一些事情。例如运行在浏览器中的JS的用途是操作DOM，浏览器就提供了document之类的内置对象。而运行在NodeJS中的JS的用途是操作磁盘文件或搭建HTTP服务器，NodeJS就相应提供了fs、http等内置对象。

有啥用处

尽管存在一听说可以直接运行JS文件就觉得很酷的同学，但大多数同学在接触新东西时首先关心的是有啥用处，以及能带来啥价值。

NodeJS的作者说，他创造NodeJS的目的是为了实现高性能Web服务器，他首先看重的是事件机制和异步IO模型的优越性，而不是JS。但是他需要选择一种编程语言实现他的想法，这种编程语言不能自带IO功能，并且需要能良好支持事件机制。JS没有自带IO功能，天生就用于处理浏览器中的DOM事件，并且拥有一大群程序员，因此就成为了天然的选择。

如他所愿，NodeJS在服务端活跃起来，出现了大批基于NodeJS的Web服务。而另一方面，NodeJS让前端众如获神器，终于可以让自己的能力覆盖范围跳出浏览器窗口，更大批的前端工具如雨后春笋。

因此，对于前端而言，虽然不是人人都要拿NodeJS写一个服务器程序，但简单可至使用命令交互模式调试JS代码片段，复杂可至编写工具提升工作效率。

NodeJS生态圈正欣欣向荣。

如何安装

安装程序

NodeJS提供了一些安装程序，都可以在nodejs.org这里下载并安装。

Windows系统下，选择和系统版本匹配的.msi后缀的安装文件。Mac OS X系统下，选择.pkg后缀的安装文件。

编译安装

Linux系统下没有现成的安装程序可用，虽然一些发行版可以使用apt-get之类的方式安装，但不一定能安装到最新版。因此Linux系统下一般使用以下方式编译方式安装NodeJS。

1. 确保系统下g++版本在4.6以上，python版本在2.6以上。

2. 从nodejs.org下载tar.gz后缀的NodeJS最新版源代码包并解压到某个位置。

3. 进入解压到的目录，使用以下命令编译和安装。

    $ ./configure
    $ make
    $ sudo make install
   

如何运行

打开终端，键入node进入命令交互模式，可以输入一条代码语句后立即执行并显示结果，例如：

$ node
> console.log('Hello World!');
Hello World!

如果要运行一大段代码的话，可以先写一个JS文件再运行。例如有以下hello.js。

function hello() {
    console.log('Hello World!');
}
hello();

写好后在终端下键入node hello.js运行，结果如下：

$ node hello.js
Hello World!

权限问题

在Linux系统下，使用NodeJS监听80或443端口提供HTTP(S)服务时需要root权限，有两种方式可以做到。

一种方式是使用sudo命令运行NodeJS。例如通过以下命令运行的server.js中有权限使用80和443端口。一般推荐这种方式，可以保证仅为有需要的JS脚本提供root权限。

$ sudo node server.js

另一种方式是使用chmod +s命令让NodeJS总是以root权限运行，具体做法如下。因为这种方式让任何JS脚本都有了root权限，不太安全，因此在需要很考虑安全的系统下不推荐使用。

$ sudo chown root /usr/local/bin/node
$ sudo chmod +s /usr/local/bin/node

模块

编写稍大一点的程序时一般都会将代码模块化。在NodeJS中，一般将代码合理拆分到不同的JS文件中，每一个文件就是一个模块，而文件路径就是模块名。

在编写每个模块时，都有require、exports、module三个预先定义好的变量可供使用。

require

require函数用于在当前模块中加载和使用别的模块，传入一个模块名，返回一个模块导出对象。模块名可使用相对路径（以./开头），或者是绝对路径（以/或C:之类的盘符开头）。另外，模块名中的.js扩展名可以省略。以下是一个例子。

var foo1 = require('./foo');
var foo2 = require('./foo.js');
var foo3 = require('/home/user/foo');
var foo4 = require('/home/user/foo.js');

// foo1至foo4中保存的是同一个模块的导出对象。

另外，可以使用以下方式加载和使用一个JSON文件。

var data = require('./data.json');

exports

exports对象是当前模块的导出对象，用于导出模块公有方法和属性。别的模块通过require函数使用当前模块时得到的就是当前模块的exports对象。以下例子中导出了一个公有方法。

exports.hello = function () {
    console.log('Hello World!');
};

module

通过module对象可以访问到当前模块的一些相关信息，但最多的用途是替换当前模块的导出对象。例如模块导出对象默认是一个普通对象，如果想改成一个函数的话，可以使用以下方式。

module.exports = function () {
    console.log('Hello World!');
};

以上代码中，模块默认导出对象被替换为一个函数。

模块初始化

一个模块中的JS代码仅在模块第一次被使用时执行一次，并在执行过程中初始化模块的导出对象。之后，缓存起来的导出对象被重复利用。

主模块

通过命令行参数传递给NodeJS以启动程序的模块被称为主模块。主模块负责调度组成整个程序的其它模块完成工作。例如通过以下命令启动程序时，main.js就是主模块。

$ node main.js

完整示例

例如有以下目录。

- /home/user/hello/
    - util/
        counter.js
    main.js

其中counter.js内容如下：

var i = 0;

function count() {
    return ++i;
}

exports.count = count;

该模块内部定义了一个私有变量i，并在exports对象导出了一个公有方法count。

主模块main.js内容如下：

var counter1 = require('./util/counter');
var    counter2 = require('./util/counter');

console.log(counter1.count());
console.log(counter2.count());
console.log(counter2.count());

运行该程序的结果如下：

$ node main.js
1
2
3

可以看到，counter.js并没有因为被require了两次而初始化两次。

二进制模块

虽然一般我们使用JS编写模块，但NodeJS也支持使用C/C++编写二进制模块。编译好的二进制模块除了文件扩展名是.node外，和JS模块的使用方式相同。虽然二进制模块能使用操作系统提供的所有功能，拥有无限的潜能，但对于前端同学而言编写过于困难，并且难以跨平台使用，因此不在本教程的覆盖范围内。

小结

本章介绍了有关NodeJS的基本概念和使用方法，总结起来有以下知识点：

• NodeJS是一个JS脚本解析器，任何操作系统下安装NodeJS本质上做的事情都是把NodeJS执行程序复制到一个目录，然后保证这个目录在系统PATH环境变量下，以便终端下可以使用node命令。
• 终端下直接输入node命令可进入命令交互模式，很适合用来测试一些JS代码片段，比如正则表达式。
• NodeJS使用CMD模块系统，主模块作为程序入口点，所有模块在执行过程中只初始化一次。
• 除非JS模块不能满足需求，否则不要轻易使用二进制模块，否则你的用户会叫苦连天。

2. 代码的组织和部署

有经验的C程序员在编写一个新程序时首先从make文件写起。同样的，使用NodeJS编写程序前，为了有个良好的开端，首先需要准备好代码的目录结构和部署方式，就如同修房子要先搭脚手架。本章将介绍与之相关的各种知识。

模块路径解析规则

我们已经知道，require函数支持斜杠（/）或盘符（C:）开头的绝对路径，也支持./开头的相对路径。但这两种路径在模块之间建立了强耦合关系，一旦某个模块文件的存放位置需要变更，使用该模块的其它模块的代码也需要跟着调整，变得牵一发动全身。因此，require函数支持第三种形式的路径，写法类似于foo/bar，并依次按照以下规则解析路径，直到找到模块位置。

1. 内置模块

   如果传递给require函数的是NodeJS内置模块名称，不做路径解析，直接返回内部模块的导出对象，例如require('fs')。

2. node_modules目录

   NodeJS定义了一个特殊的node_modules目录用于存放模块。例如某个模块的绝对路径是/home/user/hello.js，在该模块中使用require('foo/bar')方式加载模块时，则NodeJS依次尝试使用以下路径。

    /home/user/node_modules/foo/bar
    /home/node_modules/foo/bar
    /node_modules/foo/bar
   

3. NODE_PATH环境变量

   与PATH环境变量类似，NodeJS允许通过NODE_PATH环境变量来指定额外的模块搜索路径。NODE_PATH环境变量中包含一到多个目录路径，路径之间在Linux下使用:分隔，在Windows下使用;分隔。例如定义了以下NODE_PATH环境变量：

    NODE_PATH=/home/user/lib:/home/lib
   

   当使用require('foo/bar')的方式加载模块时，则NodeJS依次尝试以下路径。

    /home/user/lib/foo/bar
    /home/lib/foo/bar
   

包（package）

我们已经知道了JS模块的基本单位是单个JS文件，但复杂些的模块往往由多个子模块组成。为了便于管理和使用，我们可以把由多个子模块组成的大模块称做包，并把所有子模块放在同一个目录里。

在组成一个包的所有子模块中，需要有一个入口模块，入口模块的导出对象被作为包的导出对象。例如有以下目录结构。

- /home/user/lib/
    - cat/
        head.js
        body.js
        main.js

其中cat目录定义了一个包，其中包含了3个子模块。main.js作为入口模块，其内容如下：

var head = require('./head');
var body = require('./body');

exports.create = function (name) {
    return {
        name: name,
        head: head.create(),
        body: body.create()
    };
};

在其它模块里使用包的时候，需要加载包的入口模块。接着上例，使用require('/home/user/lib/cat/main')能达到目的，但是入口模块名称出现在路径里看上去不是个好主意。因此我们需要做点额外的工作，让包使用起来更像是单个模块。

index.js

当模块的文件名是index.js，加载模块时可以使用模块所在目录的路径代替模块文件路径，因此接着上例，以下两条语句等价。

var cat = require('/home/user/lib/cat');
var cat = require('/home/user/lib/cat/index');

这样处理后，就只需要把包目录路径传递给require函数，感觉上整个目录被当作单个模块使用，更有整体感。

package.json

如果想自定义入口模块的文件名和存放位置，就需要在包目录下包含一个package.json文件，并在其中指定入口模块的路径。上例中的cat模块可以重构如下。

- /home/user/lib/
    - cat/
        + doc/
        - lib/
            head.js
            body.js
            main.js
        + tests/
        package.json

其中package.json内容如下。

{
    "name": "cat",
    "main": "./lib/main.js"
}

如此一来，就同样可以使用require('/home/user/lib/cat')的方式加载模块。NodeJS会根据包目录下的package.json找到入口模块所在位置。

命令行程序

使用NodeJS编写的东西，要么是一个包，要么是一个命令行程序，而前者最终也会用于开发后者。因此我们在部署代码时需要一些技巧，让用户觉得自己是在使用一个命令行程序。

例如我们用NodeJS写了个程序，可以把命令行参数原样打印出来。该程序很简单，在主模块内实现了所有功能。并且写好后，我们把该程序部署在/home/user/bin/node-echo.js这个位置。为了在任何目录下都能运行该程序，我们需要使用以下终端命令。

$ node /home/user/bin/node-echo.js Hello World
Hello World

这种使用方式看起来不怎么像是一个命令行程序，下边的才是我们期望的方式。

$ node-echo Hello World

Linux

在Linux系统下，我们可以把JS文件当作shell脚本来运行，从而达到上述目的，具体步骤如下：

1. 在shell脚本中，可以通过#!注释来指定当前脚本使用的解析器。所以我们首先在node-echo.js文件顶部增加以下一行注释，表明当前脚本使用NodeJS解析。

    #! /usr/bin/env node
   

   NodeJS会忽略掉位于JS模块首行的#!注释，不必担心这行注释是非法语句。

2. 然后，我们使用以下命令赋予node-echo.js文件执行权限。

    $ chmod +x /home/user/bin/node-echo.js
   

3. 最后，我们在PATH环境变量中指定的某个目录下，例如在/usr/local/bin下边创建一个软链文件，文件名与我们希望使用的终端命令同名，命令如下：

    $ sudo ln -s /home/user/bin/node-echo.js /usr/local/bin/node-echo
   

这样处理后，我们就可以在任何目录下使用node-echo命令了。

Windows

在Windows系统下的做法完全不同，我们得靠.cmd文件来解决问题。假设node-echo.js存放在C:\Users\user\bin目录，并且该目录已经添加到PATH环境变量里了。接下来需要在该目录下新建一个名为node-echo.cmd的文件，文件内容如下：

@node "C:\User\user\bin\node-echo.js" %*

这样处理后，我们就可以在任何目录下使用node-echo命令了。

工程目录

了解了以上知识后，现在我们可以来完整地规划一个工程目录了。以编写一个命令行程序为例，一般我们会同时提供命令行模式和API模式两种使用方式，并且我们会借助三方包来编写代码。除了代码外，一个完整的程序也应该有自己的文档和测试用例。因此，一个标准的工程目录都看起来像下边这样。

- /home/user/workspace/node-echo/   # 工程目录
    - bin/                          # 存放命令行相关代码
        node-echo
    + doc/                          # 存放文档
    - lib/                          # 存放API相关代码
        echo.js
    - node_modules/                 # 存放三方包
        + argv/
    + tests/                        # 存放测试用例
    package.json                    # 元数据文件
    README.md                       # 说明文件

其中部分文件内容如下：

/* bin/node-echo */
var argv = require('argv'),
    echo = require('../lib/echo');
console.log(echo(argv.join(' ')));

/* lib/echo.js */
module.exports = function (message) {
    return message;
};

/* package.json */
{
    "name": "node-echo",
    "main": "./lib/echo.js"
}

以上例子中分类存放了不同类型的文件，并通过node_moudles目录直接使用三方包名加载模块。此外，定义了package.json之后，node-echo目录也可被当作一个包来使用。

NPM

NPM是随同NodeJS一起安装的包管理工具，能解决NodeJS代码部署上的很多问题，常见的使用场景有以下几种：

• 允许用户从NPM服务器下载别人编写的三方包到本地使用。
• 允许用户从NPM服务器下载并安装别人编写的命令行程序到本地使用。
• 允许用户将自己编写的包或命令行程序上传到NPM服务器供别人使用。

可以看到，NPM建立了一个NodeJS生态圈，NodeJS开发者和用户可以在里边互通有无。以下分别介绍这三种场景下怎样使用NPM。

下载三方包

需要使用三方包时，首先得知道有哪些包可用。虽然npmjs.org提供了个搜索框可以根据包名来搜索，但如果连想使用的三方包的名字都不确定的话，就请百度一下吧。知道了包名后，比如上边例子中的argv，就可以在工程目录下打开终端，使用以下命令来下载三方包。

$ npm install argv
...
argv@0.0.2 node_modules\argv

下载好之后，argv包就放在了工程目录下的node_modules目录中，因此在代码中只需要通过require('argv')的方式就好，无需指定三方包路径。

以上命令默认下载最新版三方包，如果想要下载指定版本的话，可以在包名后边加上@<version>，例如通过以下命令可下载0.0.1版的argv。

$ npm install argv@0.0.1
...
argv@0.0.1 node_modules\argv

如果使用到的三方包比较多，在终端下一个包一条命令地安装未免太人肉了。因此NPM对package.json的字段做了扩展，允许在其中申明三方包依赖。因此，上边例子中的package.json可以改写如下：

{
    "name": "node-echo",
    "main": "./lib/echo.js",
    "dependencies": {
        "argv": "0.0.2"
    }
}

这样处理后，在工程目录下就可以使用npm install命令批量安装三方包了。更重要的是，当以后node-echo也上传到了NPM服务器，别人下载这个包时，NPM会根据包中申明的三方包依赖自动下载进一步依赖的三方包。例如，使用npm install node-echo命令时，NPM会自动创建以下目录结构。

- project/
    - node_modules/
        - node-echo/
            - node_modules/
                + argv/
            ...
    ...

如此一来，用户只需关心自己直接使用的三方包，不需要自己去解决所有包的依赖关系。

安装命令行程序

从NPM服务上下载安装一个命令行程序的方法与三方包类似。例如上例中的node-echo提供了命令行使用方式，只要node-echo自己配置好了相关的package.json字段，对于用户而言，只需要使用以下命令安装程序。

$ npm install node-echo -g

参数中的-g表示全局安装，因此node-echo会默认安装到以下位置，并且NPM会自动创建好Linux系统下需要的软链文件或Windows系统下需要的.cmd文件。

- /usr/local/               # Linux系统下
    - lib/node_modules/
        + node-echo/
        ...
    - bin/
        node-echo
        ...
    ...

- %APPDATA%\npm\            # Windows系统下
    - node_modules\
        + node-echo\
        ...
    node-echo.cmd
    ...

发布代码

第一次使用NPM发布代码前需要注册一个账号。终端下运行npm adduser，之后按照提示做即可。账号搞定后，接着我们需要编辑package.json文件，加入NPM必需的字段。接着上边node-echo的例子，package.json里必要的字段如下。

{
    "name": "node-echo",           # 包名，在NPM服务器上须要保持唯一
    "version": "1.0.0",            # 当前版本号
    "dependencies": {              # 三方包依赖，需要指定包名和版本号
        "argv": "0.0.2"
      },
    "main": "./lib/echo.js",       # 入口模块位置
    "bin" : {
        "node-echo": "./bin/node-echo"      # 命令行程序名和主模块位置
    }
}

之后，我们就可以在package.json所在目录下运行npm publish发布代码了。

版本号

使用NPM下载和发布代码时都会接触到版本号。NPM使用语义版本号来管理代码，这里简单介绍一下。

语义版本号分为X.Y.Z三位，分别代表主版本号、次版本号和补丁版本号。当代码变更时，版本号按以下原则更新。

+ 如果只是修复bug，需要更新Z位。

+ 如果是新增了功能，但是向下兼容，需要更新Y位。

+ 如果有大变动，向下不兼容，需要更新X位。

版本号有了这个保证后，在申明三方包依赖时，除了可依赖于一个固定版本号外，还可依赖于某个范围的版本号。例如"argv": "0.0.x"表示依赖于0.0.x系列的最新版argv。NPM支持的所有版本号范围指定方式可以查看官方文档。

灵机一点

除了本章介绍的部分外，NPM还提供了很多功能，package.json里也有很多其它有用的字段。除了可以在npmjs.org/doc/查看官方文档外，这里再介绍一些NPM常用命令。

• NPM提供了很多命令，例如install和publish，使用npm help可查看所有命令。
• 使用npm help <command>可查看某条命令的详细帮助，例如npm help install。
• 在package.json所在目录下使用npm install . -g可先在本地安装当前命令行程序，可用于发布前的本地测试。
• 使用npm update <package>可以把当前目录下node_modules子目录里边的对应模块更新至最新版本。
• 使用npm update <package> -g可以把全局安装的对应命令行程序更新至最新版。
• 使用npm cache clear可以清空NPM本地缓存，用于对付使用相同版本号发布新版本代码的人。
• 使用npm unpublish <package>@<version>可以撤销发布自己发布过的某个版本代码。

小结

本章介绍了使用NodeJS编写代码前需要做的准备工作，总结起来有以下几点：

• 编写代码前先规划好目录结构，才能做到有条不紊。
• 稍大些的程序可以将代码拆分为多个模块管理，更大些的程序可以使用包来组织模块。
• 合理使用node_modules和NODE_PATH来解耦包的使用方式和物理路径。
• 使用NPM加入NodeJS生态圈互通有无。
• 想到了心仪的包名时请提前在NPM上抢注。