2021年Node.js开发人员学习路线图

Node.js 自发布以来，已成为业界重要破局者之一。Uber、Medium、PayPal 和沃尔玛等大型企业，纷纷将技术栈转向 Node.js。Node.js 支持开发功能强大的应用，例如实时追踪 App、视频 / 文本聊天引擎、社交媒体 App 等，当前已成为开发人员热衷的一项技能。本文作者基于自身实施经历，给出一张 Node.js 学习路线图。建议开发人员考虑深入掌握 Node.js 之前，必须明确自己构建的目标，否则容易半途而废。目标导向有助于在学习中聚焦关键技能，而非纠结于是否值得去学习。

必备技能

JavaScript

对于一名前端开发人员，在考虑掌握后端技能时，无需花费大量的精力学习去 JavaScript。而对于完全小白，如果想要在尽可能短的时间内掌握 Node.js，在深入前必须领会如下概念：

• 箭头函数（Arrow Functions）
• 类型（Types）
• 表达式（Expressions）
• 函数（Functions）
• 语法结构（Lexical Structures）
• this
• 循环（Loops）和作用域（Scope）
• 数组对象（Arrays）
• 字面量模板（Template Literals）
• 严格模式（Strict Mode）
• ES6/ES7

此外，Node.js 中涉及大量的异步编程处理，推荐掌握如下概念：

• 定时器（Timers）
• Promises
• 闭包（Closures）
• 事件循环（Event Loop）
• 异步编程（Async programming）和回调（callbacks）

npm 软件包管理

Node 软件包管理（Node Package Manager，npm）提供当前规模最大的注册软件库，其中提供 80 多万种软件包。正确使用 npm，可极大地降低软件包管理的复杂度，非常便于解决应用开发中的依赖问题。

npm 提供三个组成模块：

• 命令行接口（Command Line Interface，CLI)：CLI 是大部分开发人员的首选方式，提供本机终端环境运行。
• 注册软件库（Registry）：提供大规模开放式 JavaScript 软件和元信息数据库。
• Web 站点：可查找新的软件包，并提供其它一些 npm 功能。

npm 还可管理各版本的代码及依赖。如果使用 npx，无需下载软件包即可运行软件包。

Node.js 基础知识

事件发射器（Event Emitter）：做为 Node.js 中的对象，Event Emitter 在操作执行完成后发送消息，触发特定的事件。开发人员也可编写代码，监听 Event Emitter 发出的事件。例如，一旦完成特定的前端操作，诸如鼠标点击、按键和鼠标移动等交互操作，需在后端做进一步处理。这时后端的 Node.js 环境使用 EventEmitter 类，构建相应的事件处理模块，用于处理操作事件。

回调（Callback）：回调是特定任务执行完成后调用的函数，不影响其它代码的同时执行，避免了异步处理产生阻塞。鉴于 Node.js 中需处理大量的异步任务，因此回调无处不在。回调是实现应用无缝快速执行的关键，其运作机制如下图所示：

Buffer 类：设计用于处理原始二进制数据的 Node.js 类，操作 V8 引擎外分配的内存。Buffer 类实现为大小不可调整的整数数组，并提供一整套二进制数据操作方法。例如，对于表示范围在 0 到 255 之间字节值的内存中整数，使用 console.log() 输出该 Buffer 实例，会给出一系列十六进制值。

模块系统（Module System）：使用 Node.js 生态系统提供的模块，可实现一些复杂功能。模块是可复用的 JavaScript 代码，实现特定的功能。

开发技能

版本管理系统：掌握 git、GitHub 等的使用。开发中，应尽量避免交叉修改代码导致的更改不可逆。因此，在大型项目中需使用版本控制系统管理。要熟悉版本控制系统的使用，开发人员应该具备扎实的基础知识。

HTTP/HTTPS 协议：一位优秀的 Node.js 开发人员，应具备传输协议数据传输的基础知识，因为每位后端开发人员都需要深入理解 HTTP/HTTPS 的工作机制。HTTPS 使用称为 TLS（Transport Layer Security）的加密协议加密通信。后端环境中有大量要学习的知识点，这对于 Web 小白是颇具难度的。简而言之，基本的 Web 通信主要包括六种请求方法：

• GET: 获取资源的表示；
• POST: 创建新资源；
• PUT: 更新资源；
• PATCH: 局部修改资源；
• DELETE: 删除 URL 指定的资源
• OPTIONS: 请求指定 URL/ 服务器所支持的通信。

开发技能

注意：本文仅列出了部分推荐 Web 框架。使用 Node.js 构建个人项目时，为降低学习难度，推荐从中选定一种框架，否则学习难度很高。

Express.js：提供构建应用所需的最小化接口和工具，非常灵活易用，大量 npm 模块可直接插入 Expresss 使用。

Meteor.js：一种构建 JavaScript 应用的万事通框架，提供内建的 MongoDB，支持 GraphQL。运行 meteor create myapp，即可生成一个具有 MongoDB 后端的 HTML/JavaScript 页面。使用 Meteor.js 可有效助降低项目开发时间，并简化项目的维护。当然如果只是构建一个简单的 Web 应用，还是推荐使用 Express。

Sails.js：一种支持快速构建 REST API、单页应用（SPA）和实时 APP 的 MVC 框架。如果开发人员考虑实操一些重要技能，例如使用 WebSockets 支持实时操作，使用按约定编程（convention over configuration）方法等，推荐学习 Sails.js。

Koa.js：如果开发人员考虑构建一个经得起时间考验、易于维护的鲁棒应用，Koa.js 无疑是很好的选择。Koa 应用实现为包含一组中间件函数数组的对象，其中函数以堆栈方式执行。

Nest.js：该框架继承了 Angular 的理念，使用 TypeScript 构建，并且在底层使用了 Express.js，因此兼容大多数 Express 中间件。Nest 提供很好的模块化结构，代码组织在不同模块中，进而构建高效、良好扩展的应用。

数据库管理

学习 Node.js 需要掌握大量的后端技能。对于一名小白，开始可选择 MySQL 等数据库。只有理清后端系统设计的基础知识，才能根据项目的需求，考虑在 MySQL 等基本 SQL 数据库之外选取后端。

注意：关系数据库依然是主流。例如，在建模产品、类比、标签等时依然主要使用关系表结构。类似于电子表格，关系表由行和列组成。

关系数据库管理系统

SQL Server：微软的关系数据库产品，支持标准 ANSI SQL，也提供产品独有的 SQL 实现。

MySQL：一款优秀的关系数据库管理系统，是由 Oracle 提供的开源后端软件，具备按需改进代码的灵活性。MySQL 可很好地替代 Oracle、Microsoft SQL server 等商业数据库产品。

PostgreSQL：具有大规模开发团队支持的开源产品，可运行在 Linux、UNIX 和 Windows 等大多数主流操作系统上。PostgreSQL 支持绝大多数标准 SQL 查询，还提供复杂 SQL 查询、外键、触发器、事务、MVCC、流复制等特性。

MariaDB：MySQL 的改进版，额外内建了多种特性、安全和性能改进。简而言之，MariaDB 性能优于 MySQL，推荐在大型应用中使用 MariaDB。例如，MariaDB 的大型连接池支持超过 20 万的并发连接，显著优于 MySQL。

云数据库服务

Azure CosmosDB：一种全球分布式数据库服务，支持远程管理数据。对于大型应用，云数据库在扩展性和可管理性上具有优势。Microsoft Azure 完全简化了可扩展和分布能力，在同一后端上支持多种数据模型，即可同时用于文档、键值、关系和图模型。该服务不依赖于任何模式，因此可称为 NoSQL 数据库，但可使用支持 ACID 交易的查询语言。

Amazon DynamoDB：非常适用于具有 SQL 经验的用户，提供全托管 NoSQL 数据库服务，具有高性能，可预测，扩展性很好。DynamoDB 支持创建关系表，可存储并检索任何规模的数据，提供任何服务等级的请求。

NoSQL 数据库

MongoDB：面向文档的 NoSQL 数据库，适用于大规模数据存储。类似于表是关系数据库的基础，MongoDB 使用集合（Collection）和文档（Document）。其中，文档包含了键值对，是 MongoDB 的基本数据单元。集合包含一系列文档和函数，对标关系数据库中的表。

Redis：可用于数据库、缓存和消息代理（Message Broker）。Redis 使用字符串、哈希、列表、集合、位图、hyperloglog 和时空索引等数据结构，以键值形式存储数据。下面举例说明：

假设应用必须处理授权用户的不同操作。每次验证用户身份，都必须获取应用中访问权限控制模块的授权。实现此类安全机制的方案很多。例如，标准的 JOSE（JavaScript 对象签名和加密）框架可确保应用数据的安全性。但面对多种授权时，应用同样很难扩展。除了发送授权列表给用户，另一种解决方案是将用户授权以某种形式的数据库存储。授权以键值对（也称为令牌）形式提供，用户必须提供键值进行验证。

Apache Cassandra：Facebook 创建的高度可扩展、高性能的分布式数据库，设计针对物理上分布的海量数据，实现无单点故障的存储。不同于其它关系数据库系统，Cassandra 在分布式设计上参考了 Amazon DynamoDB，数据模型使用 Google BigTable。

LiteDB：一款超轻量级、高性能的 .NET NoSQL 嵌入数据库，实现无服务器的文档存储。LiteDB 使用于小型的桌面应用、Web 应用，可根据每个用户的每个账户建立一个独立数据库。

搜索引擎

注意：为什么需要了解搜索引擎技术，下面举例说明。如果使用谷歌搜索引擎，它本身就是一个完整的 Web 应用。对于 Solr 和 ElasticSearch 等后端框架，它们会对所有类型数据集创建索引，进而在服务器提供搜索功能。Solr 支持百万级用户的搜索引擎网站。

ElasticSearch：一种基于 Apache Lucene 使用 Java 开发的搜索和分析引擎，实现海量数据的实时存储和分析。其高性能来自于对索引而非文本的搜索，核心基于结构化文档，而非关系表和模式，提供丰富的 REST API 存储和搜索数据。ElasticSearch 可认为是一台处理 JSON 请求并返回 JSON 数据的服务器。

Solr：提供包括字段搜索、布尔查询、短语查询、模糊查询、语法检查、自动填全等高级实时搜索功能。

缓 存

注意：缓存使用内存中存储文件拷贝，降低网络调用，提供更快的网络响应。

内存缓存

该技术大多数情况下使用服务器的内存，因此通常称为内存缓存。服务器的一部分内存用作缓存，存储降低应用网络调用所需的所有数据。Node.js 提供的节点缓存（node-cache）和内存缓存（memory-cache）软件库，很好地处理了 Node 服务器上的内存缓存。

分布式缓存

分布式缓存将多个网络内存整合为单一的内存数据存储，进而用于缓存最终数据，提供对数据的快速访问。该技术尤其适用于大规模数据和大量网络调用的情况，通过在群集中添加更多的服务器实现缓存容量的增量扩展和扩容。Redis 是目前最广为使用的 分布式内存，推荐进一步了解 Memcached。

模板引擎

模板引擎支持在应用开发中使用静态模板文件，并在运行时替换模板文件中的变量为实际值，生成发送给客户的 HTML 文件。下面列出了一些广为使用的模板引擎。

• Mustache.js
• Handlebars
• EJS

实时通信

Socket.io：对于起步接触后端开发的学习者，了解 Socket.io 的实时通信需要补充很多知识，主要底层逻辑在客户端和服务器之间。Socket.io 支持客户和服务器间的双向数据流，可视为实现两个终端间实时通信的同步数据流行为。这需要客户在浏览器支持 Socket.IO，并且服务器端继承了 Socket.IO 软件包，进而数据才能以 JSON 请求的形式发送。

API 客户端

REST

在 REST 提出之前，API 使用远程过程调用（RPC）开发，类似于本地执行的代码。期间许多技术使用了类似于 RPC 的技术栈，并未从根本上解决问题，直到 REST 提出以更好的方式构建基于 Web 的 API。

REST 架构使用基本 HTTP 调用进行通信，避免了使用 COBRA、COM +，RPC 等复杂方式通信。在 REST 中，调用是基于消息的，依赖 HTTP 标准描述消息。在 Node.js 生态中，推荐使用 node-rest-client 和 Axios。这两个软件库为快速 Web 应用提供了很好的支持。

GraphQL

GraphQL 可很好地替代 REST。它使用 API 优先为客户准确提供所请求的数据，是一种灵活并且对开发人员友好的替代方案，可使用 GraphiQL IDE 部署。GraphQL 具有多项优点，包括在不影响现有查询情况下添加和禁用数据域，以及支持多种方式构建 API。

测 试

单元测试框架

单元测试实现各单元和组件的隔离测试。其中，单元可以是应用中的最小可测试代码部分。下面列出 Node.js 的最好的单元测试框架：

• Jest：一款由 Facebook 提供的测试框架，因其简洁性而广为使用。Jest 相比其它所有测试框架而言具有最好的文档，支持并行测试，这意味可使用单独进程独立运行各个测试，实现性能最大化。
• Mocha：为 Node 应用提供原始标准的单元测试框架，支持回调等异步操作，支持使用高度可扩展和自定义断言的 Promise。
• Chai：支持与 Mocha 一同使用，可做为 Node.js 的 TDD/BDD 语言库，可匹配任何基于 JavaScript 的测试框架。

模拟测试（Mocking）

单元测试的规模越小越好，并尽可能轻量级执行。但在一些情况下，测试对象存在对其他对象的依赖。

例如，对于需要与域服务器或 Web Service 通信的对象，无法执行快速、轻量级的测试，这时就需要 Mocking 测试。运行 Mocking 测试不需要任何实际数据库，或是任何类型的连接，只返回给出预期结果的对象。Mocking 测试只使用一些基本对象，模拟给出实际测试结果，因此可摆脱所有局限更快地运行测试。