Node.js相关知识

发布于：2025-05-23 ⋅ 阅读:(15) ⋅ 点赞:(0)

一、buffer

Buffer 是 Node.js 中用于处理二进制数据的核心模块，一个元素的大小为一个字节

1.创建buffer的方式

2.常用方法与属性

二、进程与线程

  • 进程：程序在操作系统中的一次执行实例，是系统进行资源分配的基本单位（拥有独立内存、文件句柄等）。
  • 线程：进程中的一个执行单元，是 CPU调度和分派的基本单位（共享进程资源，仅拥有自己的栈和寄存器）。

进程间通信（IPC）有哪些方式？

  • 答：管道（Pipe）、消息队列（Message Queue）、共享内存（Shared Memory）、套接字（Socket）、信号量（Semaphore）等。

三、同步和异步

同步任务执行的过程中，遇到了异步任务，不会阻塞下面同步任务的进行，异步任务像文件IO会交给另外一个线程（底层系统或内置线程池），这个异步任务完成后将它的回调放入队列，如果同步任务全部执行完了，再将队列里的回调取出执行

Q1：Node.js 异步任务不阻塞主线程的原理是什么？

A：

  1. 异步 API（如 fs.readFile）将任务交给 libuv 线程池 或 操作系统。
  2. 主线程继续执行后续代码，不等待结果。
  3. 异步操作完成后，结果通过回调放入 任务队列，由 Event Loop 后续处理。

与浏览器异步的区别

相同之处都是异步任务交给其他线程处理，执行完将回调放入队列，然后通过时间循环执行

四、http协议

1.请求报文

HTTP 请求报文由 请求行、请求头、空行、请求体 四部分组成

1. 请求行

请求方法 + 路径 + HTTP版本  

GET /index.html HTTP/1.1
  • 请求方法：常见的有 GET（获取资源）、POST（提交数据）、PUT（更新资源）、DELETE（删除资源）等。
  • 路径：请求的资源地址（如 /api/data）。
  • HTTP 版本：如 HTTP/1.1、HTTP/2。

2. 请求头（Headers）

  • User-Agent：浏览器 / 客户端信息（如 Chrome/110）。
  • Accept：客户端支持的响应数据格式（如 text/html）。
  • Content-Type：请求体的数据类型（如 application/json）。
  • Cookie：携带服务器之前发送的 Cookie。
  • Host：请求的目标域名（如 www.example.com）。
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0) Chrome/110  
Accept: text/html  
Content-Type: application/x-www-form-urlencoded

3. 空行

请求头与请求体之间用 一个空行 分隔，必须存在，用于标识请求头结束。

4. 请求体（Body）

  • 非必需：仅当请求方法需要提交数据时存在（如 POST、PUT）。
  • 内容：提交的数据，格式由 Content-Type 决定（如表单数据、JSON 等）。

2.响应报文

1. 状态行

HTTP版本 + 状态码 + 状态描述  

HTTP/1.1 200 OK

2. 响应头（Headers）

  • Content-Type：响应体的数据类型（如 text/html、application/json）。
  • Content-Length：响应体的字节长度。
  • Set-Cookie：向客户端发送 Cookie（用于会话管理）。
  • Server：服务器类型（如 Nginx、Apache）。
  • Cache-Control：缓存控制策略（如 max-age=3600 表示缓存 1 小时）。

3. 空行

响应头与响应体之间用 一个空行 分隔，标识响应头结束，是必需的。

4. 响应体（Body）

  • 非必需：通常包含服务器返回的具体数据（如 HTML 页面、JSON 结果、图片二进制数据等）。
  • 内容：由 Content-Type 字段指定格式，例如：
    • text/html：返回 HTML 页面内容。
    • application/json：返回 JSON 格式的数据。
    • image/png：返回图片二进制数据。

示例（JSON 响应体）：

{
  "status": "success",
  "data": { "user": "admin", "id": 123 }
}

端口（应用程序的不同标识）

不同主机之间的应用通信

五、包管理工具

五、Koa

1.Context

在 Koa 中，ctx（即 Context 对象）是每个请求的核心容器，封装了 请求（Request） 和 响应（Response） 的所有信息，并提供便捷方法操作它们。

1. 核心作用

  • 请求与响应的封装：
    ctx.request 包含 HTTP 请求信息（如 URL、请求头、查询参数），ctx.response 用于设置响应信息（如状态码、响应头、响应体）。
  • 中间件间数据传递：
    可在中间件中通过 ctx 存储和共享数据（如用户认证信息、请求处理结果）。
app.use(async (ctx) => {
  // 请求相关
  ctx.method;     // HTTP 方法（GET/POST 等）
  ctx.url;        // 请求 URL
  ctx.query;      // 查询参数对象（如 ?id=1 → { id: '1' }）
  ctx.headers;    // 请求头
  ctx.request.body; // 请求体（需配合 bodyParser 中间件）

  // 响应相关
  ctx.status = 200; // 设置状态码
  ctx.body = { message: 'Hello' }; // 设置响应体
  ctx.set('Content-Type', 'application/json'); // 设置响应头

  // 其他
  ctx.state.user = { id: 1, name: 'Alice' }; // 在中间件间共享数据
});
2.路由

（1）最基础的写法

       

（2）使用@koa/router

const Koa = require('koa');
const Router = require('@koa/router');

const app = new Koa();
const router = new Router();

// 定义 GET 路由
router.get('/users', async (ctx) => {
  ctx.body = [{ id: 1, name: 'Alice' }];
});

// 定义带参数的路由
router.get('/users/:id', async (ctx) => {
  const userId = ctx.params.id; // 获取 URL 参数
  ctx.body = { id: userId, name: 'User' };
});

// 定义 POST 路由
router.post('/users', async (ctx) => {
  const newUser = ctx.request.body; // 获取请求体（需配合 bodyParser 中间件）
  ctx.body = newUser;
});

// 使用路由中间件
app.use(router.routes());
app.use(router.allowedMethods()); // 处理 OPTIONS 请求（自动响应 405/501）

app.listen(3000);

（3）路由重定向

const Koa = require('koa');
const Router = require('@koa/router');

const app = new Koa();
const router = new Router();

// 示例 1：永久重定向（301）
router.get('/old-path', (ctx) => {
  ctx.redirect('/new-path'); // 默认 302 临时重定向
});

// 示例 2：指定状态码
router.get('/temporary', (ctx) => {
  ctx.redirect('/permanent', 301); // 301 永久重定向
});

// 示例 3：重定向到外部 URL
router.get('/google', (ctx) => {
  ctx.redirect('https://www.google.com');
});

app.use(router.routes());
app.listen(3000);

默认302重定向

响应报文状态码302，并携带location表明重定向哪里

在 Web 开发中，重定向（Redirect）是服务器向客户端返回特定状态码（如 301/302）和 Location 头，告诉客户端 “请重新请求另一个 URL” 的过程。

为什么重定向对异步请求无效？

  • 当浏览器通过 fetch 或 XMLHttpRequest 发起异步请求时，服务器返回的重定向状态码（301/302）会被浏览器识别，但不会自动触发页面跳转。
  • JavaScript 代码必须显式处理响应

异步请求的目标是获取数据，而非页面跳转

  • 异步请求通常用于获取数据（如 JSON 格式的响应），而非加载新页面。如果服务器返回重定向响应，前端需要额外逻辑判断是否需要跳转，否则会导致以下问题：
    • 数据丢失：重定向会中断当前异步请求的响应解析，无法获取预期数据。
    • 用户体验问题：若未手动处理重定向，页面不会刷新，用户可能感知不到跳转（如登录成功后仍停留在登录页）。

3.静态资源托管
const Koa = require('koa');
const serve = require('koa-static');

const app = new Koa();

// 托管 public 目录下的所有静态资源
app.use(serve('./public'));

// 访问 http://localhost:3000/index.html 即可加载 public/index.html
app.listen(3000);

4.Koa中间件

  • 多个中间件会形成一个栈结构（middle stack），以 “先进后出”（first - in - last - out）的顺序执行。
  • 最外层的中间件首先执行。
  • 调用 next 函数，把执行权交给下一个中间件。
  • ……
  • 最内层的中间件最后执行。
  • 执行结束后，把执行权交回上一层的中间件。
  • .......
  • 最外层的中间件收回执行权后，执行next()函数后面的代码

如果没有调用next函数，那么执行权不会往下传递

异步中间件

合并中间件

中间件异常处理

在洋葱模型最外层定义一个捕获异常的中间件，避免每个中间件都写try...catch

捕获promise异常必须在next前面加await，建议所有next都加上await

用这个方法也能捕获全局异常

六、express

1.中间件

（1）全局中间件

      

（2）路由中间件

     

（3）静态资源中间件 

express.static 中间件的工作原理是：当你指定一个目录（如 public 目录）作为静态资源目录后，它会自动处理对该目录下文件的请求。例如执行 app.use(express.static('public')); 后，只要客户端请求的路径与 public 目录下的文件路径匹配，Express 就会自动将对应的文件发送给客户端，无需再编写额外的路由处理函数。比如 public 目录下有 index.html 文件，客户端访问 http://localhost:3000/index.html 就能直接获取该文件 。

2.会话控制

（1）cookie

服务器首次响应时设置 Cookie
当用户访问服务器（如登录操作），服务器会在响应头中添加 Set-Cookie 字段，告知浏览器创建 Cookie。

浏览器自动存储并携带 Cookie
浏览器接收到 Set-Cookie 后，会将数据存储在本地。后续每次请求同一域名下的资源时，自动在请求头中添加 Cookie 字段，将数据发送给服务器。

（2）session

       关键组成部分

  • Session ID：全局唯一标识符（UUID），用于关联客户端与服务器会话数据。
  • Session 数据：存储在服务器内存、数据库或缓存中（如用户登录状态、购物车信息）。
  • 存储载体：通过 Cookie 或 URL 重写传递 Session ID（默认使用 Cookie）。

基于 Cookie 的 Session 实现

  1. 用户首次请求服务器，服务器创建 Session 并生成 session_id。
  2. 服务器通过响应头 Set-Cookie: session_id=xxx 将 session_id 存入客户端 Cookie。
  3. 后续请求中，客户端自动携带 session_id 的 Cookie，服务器通过该 ID 查找对应 Session 数据。

面试题

Node 的架构

Native Modules

  • 是暴露给开发者使用的接口，通过 JavaScript 实现。常见的有 path（用于处理文件路径） 、fs（文件系统操作） 、http（创建 HTTP 服务器与客户端） 等模块 。开发者可直接调用这些模块提供的方法，便捷地实现各类功能。

Builtin Modules

  • 作为中间层，能够让 Node 进行一些更底层的操作。它起到桥梁作用，连接上层应用与底层系统资源，使 Node 具备更强大的能力。

基础组件

  • v8：谷歌开源的高性能 JavaScript 引擎，负责解析和执行 JavaScript 代码。它将 JavaScript 代码编译为高效的机器码，极大提升了代码执行效率。
  • libuv：一个用 C 编写的高性能、异步非阻塞的 I/O 库 。它实现了 Node 的事件循环机制，处理诸如文件 I/O、网络 I/O 等异步操作，是 Node 实现异步编程的关键基础。
  • http - parser：专门用于处理网络报文，解析 HTTP 请求和响应，帮助 Node 高效处理网络通信相关任务。
  • openssl：用于处理加密算法，保障网络通信安全，如在 HTTPS 通信中实现数据加密和解密等操作 。
  • zlib：主要用于文件压缩与解压缩，可有效减少数据传输量，提升网络传输效率。

硬件与操作系统层面

Node 的运行依赖于 CPU、GPU、RAM、DISK 等硬件资源，并且与操作系统（OS）紧密交互，实现对底层资源的合理利用。

存在的问题

线程与稳定性方面

  • JavaScript 在 Node 中是单线程运行。这意味着在同一时间只能处理一个任务，虽然避免了多线程编程中的复杂同步问题，但也使得 Node 应用相对脆弱。例如，当某个任务耗时过长（如复杂计算或长时间的 I/O 操作），会阻塞整个线程，导致应用无法响应其他请求。为解决这个问题，常采用 cluster 模块实现多进程并发处理，或者使用 pm2 这类进程管理工具，来管理多个 Node 进程，提高应用的性能和稳定性。

数据库支持方面

  • Node 对 MongoDB、MySQL 等常见数据库有较好的支持，有丰富的驱动和成熟的生态，方便开发者进行数据存储与读取操作。然而，对于 Elasticsearch（es） 、neo4j、tigerGraph 等数据库，支持程度相对一般，相关的驱动和工具在功能完善度、易用性等方面可能存在不足，开发者在使用时可能需要花费更多精力进行适配和调试。

Node 环境与浏览器环境的区别

运行引擎与宿主环境
  • 运行引擎：Node 和浏览器（以 Chrome 为例 ）都使用 V8 引擎解析和执行 JavaScript 代码。
  • 宿主环境：
    • Node：宿主环境是服务器端，提供了一系列与服务器操作相关的 API ，如 fs（文件系统操作 ）、path（处理文件路径 ）、http（创建 HTTP 服务器与客户端 ）等 。这些 API 用于处理服务器上的文件、网络通信等任务。
    • 浏览器：宿主环境是客户端，提供浏览器相关 API ，用于操作 DOM（文档对象模型 ）和 BOM（浏览器对象模型 ）。DOM 用于对网页内容进行增删改查，BOM 用于访问浏览器窗口、导航等功能。
事件循环机制
  • 浏览器：事件循环涉及微任务、宏任务，还有 requestAnimationFrame（raf ，用于高效实现动画 ）、layout（页面布局更新 ）、requestIdleCallback（在浏览器空闲时执行任务 ） 等。其事件循环主要围绕页面渲染、用户交互等浏览器特定场景进行调度。
  • Node：事件循环机制与浏览器不同，主要基于 libuv 库实现，采用不同的阶段处理任务，虽然也有类似宏任务和微任务的概念，但具体细节和执行顺序有差异。
模块规范
  • Node：一般遵循 CommonJS 规范。在 CommonJS 中，使用 require() 方法引入模块，使用 exports 或 module.exports 导出模块内容，方便在服务器端进行模块化开发。
  • 浏览器：目前正逐步采用 ECMAScript 模块（ESM）标准。在 ESM 中，使用 import 语句引入模块，export 语句导出模块内容，这种方式更符合现代 JavaScript 语言的发展趋势，并且支持静态分析等特性。

Node的事件循环机制

存在timers, pending callback, idle prepare, poll, check, close callbacks, 依次检查每个队列中是否有回调任务，有的话取出来执行并清空队列，并到下一个列队中间进行检查，对于poll队列，会进行等待，如果其他队列中有任务了则继续进入下一个队列，如果没有的话一直循环等待，直到到达一定时间后才进入下一个队列检查。

Node 中的 process.nextTick，这个函数其实是独立于 Event Loop 之外的，它有一个自己的队列，当每个阶段完成后，如果存在 nextTick 队列，就会清空队列中的所有回调函数，并且优先于其他 microtask 执行。

V8垃圾回收机制

V8将堆内存分为新生代和老生代

1.新生代

新生代中对象存活时间比较短。对于新生代，有from和to两个空间，在这两个空间中必定有一个是空闲的，一个是使用的。新分配的对象会被放到from空间，当from空间被占满的时候，新生代GC算法被启动，算法检查from中存活的对象并把它们复制到to空间中，如果有失活的对象就销毁，当复制完成后，清空from空间，再交换from和to空间。

2.老生代

老生代中的对象一般存活时间较长且数量也多，使用了两个算法，分别是标记清除算法和标记压缩算法。

  • 新生代中的对象是否已经经历过一次 Scavenge 算法，如果经历过的话，会将对象从新生代空间移到老生代空间中。
  • To 空间的对象占比大小超过 25 %。在这种情况下，为了不影响到内存分配，会将对象从新生代空间移到老生代空间中。

在老生代中，以下情况会先启动标记清除算法：

  • 某一个空间没有分块的时候
  • 空间中被对象超过一定限制
  • 空间不能保证新生代中的对象移动到老生代中

清除对象后会造成堆内存出现碎片的情况，当碎片超过一定限制后会启动压缩算法。在压缩过程中，将活的对象向一端移动，直到所有对象都移动完成然后清理掉不需要的内存。

标记清除法

从GC root通过递归遍历所有对象，将访问到的对象标记为可达，没标记到的被认定为不再使用。标记完成后，垃圾回收器遍历堆内存中的所有对象，将那些没有被标记为 “可达” 的对象视为 “垃圾” ，释放它们所占用的内存空间

缺点

  • 产生内存碎片：清除阶段只是简单释放未标记对象的内存，不会对剩余内存进行整理，长时间运行会出现大量不连续的内存碎片，影响后续大对象的内存分配。
  • 暂停应用程序：执行过程中往往需要暂停整个应用程序（即 “stop - the - world”） ，会导致应用程序短暂无响应，在对实时性要求高的场景（如动画、游戏等）中，可能造成用户体验下降。

优化策略

  • 增量标记：将标记过程拆分成多个小步骤，穿插在程序运行过程中，避免一次性长时间暂停应用程序。
  • 并行标记：利用多核 CPU 的优势，开启多个线程同时进行标记工作，缩短标记阶段的时间，减少对应用程序的影响。
  • 结合其他算法：与标记整理算法、复制算法等结合使用，弥补自身产生内存碎片等不足，更高效地管理内存。

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