Node.js 是一個 JavaScript 執行環境 (run-time environment)。原本 JavaScript 檔案只能在瀏覽器上被執行，但是當我們在電腦上安裝了 Node.js 之後，就可以執行副檔名為 .js 的 JavaScript 的檔案。
有了 Node.js，JavaScript 就像其他你聽過的程式語言一樣 (例如，PHP、Python、Ruby、Java) ，都擁有能夠開發網路應用程式的能力。有了 Node.js，JavaScript 可以直接建立、讀取、修改和刪除電腦內的檔案，並且能和資料庫連通。另外 Node.js 也添加了網路應用程式需要的功能，例如作為伺服器處理用戶端發出請求 (request) 並給予回應 (response) 等。
隨著 Node.js 的問世，前端開發者的觸角也逐漸蔓延到後端，甚至透過 Electron.js 這類強大的套件，也可以製作出完整的桌面 GUI 應用程式；藉由 Node.js，前端開發者得以使用較為熟悉的 JavaScript 為敲門磚，逐步的拓展自己的技術守備範圍。但為什麼為了網頁而生的語言可以透過 Node.js 跑在伺服器端呢？要解開這個問題，就得從認識 Node.js 出發。
點我免費領取全端開發學習地圖！
Node.js 是什麼？
根據官網的說法：
Node.js® is a JavaScript runtime built on Chrome’s V8 JavaScript engine.
「runtime」 指的是執行環境，就如同網頁上的 JavaScript 是在瀏覽器的 JavaScript 引擎上執行，Node.js 就是一個能執行 JavaScript 的環境，而 V8 則是主流瀏覽器 – Google Chrome 的 JavaScript 引擎，負責解析、執行 JavaScript，也就是負責實踐 ECMAScript 規範中定義的部份；另外，V8 是開源的專案，有興趣的讀者可以參照 Google Git – V8。
Node.js 以 V8 為核心，加上一系列 C/C++ 的套件，成功的讓 Server 端也可以執行 JavaScript。
Node.js 優點
但是，後端語言已經這麼多了，為什麼還要大費周章的將 JavaScript 移植到 Server 端呢？
這是因為 JavaScript 是一個事件驅動的語言，透過事件迴圈，能讓執行緒幾乎不會被卡住；而這樣的特性，非常適合用來接收高併發（High Concurrency）的請求。
例如在傳統的伺服器中，每個使用者的連接都會產生一個新的執行緒（看實作，不一定），並佔據一定的效能，伺服器在高併發的情況下，很容易就會由於應接不暇而無法服務新的流量；但 Node.js 會將每個 request 變成事件迴圈中待處理的事件，主執行緒只負責承接、轉拋、回應，並持續的在事件迴圈中循環，一切都以事件為核心在驅動程式運行，自然也就不會出現執行緒卡死的現象。
當然，如果是商業邏輯複雜的後端程式，效能瓶頸不在流量的服務，Node.js 就無用武之地；但在設計需要承接高流量，且處理邏輯不太複雜時，Node.js 可能就會是個可以考慮的選項。
Node.js 功能
前面提到，Node.js 就是一個可以執行 JavaScript 的環境，而這個環境除了提供瀏覽器 Web API 實作的 setTimeout、setInterval、console 之外，也因為執行環境不同，有另外一系列的 API 供開發者使用，例如可以讀寫檔案的 fs、處理網路請求的 http、做加解密雜湊處理的 crypto、設定叢集的 cluster 等等。
詳細的使用說明，可以參考 Node.js 的官網文件
事件迴圈
由於 JavaScript 擁有單執行緒的特性，且為了讓執行緒不會被需要等待的同步程式卡住，必須透過事件迴圈的機制來實現這個目標。如果各位讀者還有印象，我們在 這篇 有聊過瀏覽器中 JavaScript 的事件迴圈，其中有很大一部分是由瀏覽器完成的；在 Node.js 中則透過 libuv 來實現這部分的機制。不同於瀏覽器的事件迴圈，Node.js 中的事件迴圈大致會有以下幾個階段：
- timers：執行 setTimeout setInterval 給的 callback
- pending callbacks：執行被延遲到下一個事件迴圈的 I/O Callback
- idle, prepare：Node.js 內部專用的階段
- poll：檢索新的 I/O events，執行 I/O callbacks
- check：執行 setImmediate 給的 callback。
- close callbacks：執行關閉資源的 callback，例如 socket.on(‘close’, …)
相對於瀏覽器的事件迴圈多了好多個階段，但其實只是把所有的 callback 分成了四種：timers、I/O events、immediates、close handlers，並依照順序輪流執行，其他在概念上還是一樣的：每個階段有自己的 Queue，輪到它時清空 Queue，到下個階段，周而復始。
為避免主執行緒阻塞，poll 階段可以設定執行上限，到達上限時就會將 Queue 內的東西移交到 pending callbacks 階段的 Queue 中，下一個事件迴圈時再接續執行。
比較需要注意的地方是，微任務佇列（microtask queue）在每個階段結束後都會執行、清空，順序是先清空 process.nextTick 的 callback，再執行其他的如 Promise 的 callback。
常有人誤解 process.nextTick，會想問例如「一個 Tick 是多久？」之類的問題，但其實 Tick 指的就是事件迴圈中的一個階段，因此時間是不固定的喔！
套件管理工具 npm
在現代的網站中，使用他人開放原始碼的套件輔助開發已經是稀鬆平常的事情，無論是透過套件加速堆砌產品，或是在開發環境中加上協助工程師的各式工具，只需要稍加設定，一個專案便能輕易加載了成千上萬的外部程式；但如此方便的機制，究竟是怎麼實現的呢？
對前端開發者來說，最熟悉的應該是安裝 Node.js 時自動附帶的 npm
npm 即為 Node Package Manager 的縮寫，開發者可以透過 Node 隨附的 npm cli，進行套件的安裝及管理。
例如在專案資料夾的終端機中輸入 npm install express，npm 便會自動從 Registry 中尋找 express 這個非常熱門的 Node.js Web Server 框架，取得最新版本，下載到專案中的 node_modules 資料夾中。
然而在專案中，不可能每次都透過開發者自行指定套件安裝，不但無法管理，也很沒有效率；開發者可以透過專案中的 package.json，羅列出專案需要哪些套件，之後安裝時只需要 npm install，npm 便會自動依照 package.json 的內容下載套件。
npm install 的執行過程
在透過這些套件管理工具進行安裝時，背後的機制究竟是什麼呢？下面將執行 npm install 的過程拆成五個步驟，也許各家套件管理工具實作會略有不同，但不外乎都會經過這些階段：
1. 計算缺少的套件
npm 會從專案中的三隻檔案，計算出本次 npm install 需要重新下載安裝的內容：
- 專案內的 node_modules 結構
- 開發者設定的 package.json
- npm install 後自動生成的 package-lock.json
由於 package.json 中的套件版本可能會是使用 Semantic Versioning 描述的，npm 需要以 package.json 描述的版本為基礎，與 node_modules 及 package-lock.json 相互比對後，才能計算出需要更新的套件。
2. 從 Registry 取得套件資訊
計算出來缺少套件列表後，npm 向指定的 Registry 獲取各目標套件的 package.json、查詢可用版本，並解析出下載 URL。
3. 計算差異
由於套件本身也是專案，也可能引用其他套件，不同的套件引用到相同的套件這種事，自然也是稀鬆平常；npm 在這步驟會去計算各套件的 package.json，整理各套件個別需要下載的版本（有可能同套件需要多版本）最後產出整個專案所使用的的套件結構樹（package-lock.json）。
4. 下載、提取真正需要的套件
有了前面這麼多步驟的整理，接著就開始依序下載套件，並將下載的內容解壓縮，提取到 node_modules 資料夾中；這個步驟是 npm install 需時最長、最耗效能的步驟，主要是因為 下載、解壓縮、寫入硬碟分別需要網路、CPU 及硬碟 IO 的支撐，只要硬體設備的其中一環資源較缺乏，開發者馬上就會有感，速度自然也就快不起來。
為了解決這個問題，npm 本身也擁有本地快取機制，在寫入到 node_modules 時，同時會寫入一份到電腦的本地快取中，未來如果有其他專案需要用到同一個版本的套件，npm 會在向 Registry 確認版本未更新（ETag 相符，回傳 304）後，直接複製快取的套件到 node_modules。
小結
現代前端開發透過 npm 安裝套件，並經過 打包工具 的處理，在 前端三大框架 的普及之下，都已經是基本功了；但使用工具的同時，還是要理解為何而用，以及其背後的機制，才能夠真正的控制並活用工具。
知名的網路公司也都使用 Node.js
根據Stackshare的資料，有超過7000家公司都在使用 Node.js，包含了知名的網路公司 Netflix、Uber、Paypal、Linkedin等，是業界非常廣泛使用的後端執行環境。
延伸：熱門的 Node.js 工具有哪些？
Node.js 是一個非常流行的 JavaScript 運行環境，可以用於構建高效的後端應用程序。以下是一些熱門的 Node.js 工具，以及它們的主要用途：
1. Express.js：這是一個輕量級且靈活的 Web 應用程序框架，可以用於構建 RESTful API 和 Web 應用程序。
2. Socket.io：這是一個用於實時 Web 應用程序的 JavaScript 库，可以用於建立即時通信和實時數據傳輸。
3. NPM：這是 Node.js 的包管理器，可以用於安裝、升級和管理 Node.js 模塊。
4.PM2：這是一個進程管理器，可以用於在生產環境中管理 Node.js 應用程序，包括自動重啟、群集模式和負載均衡等功能。
5. Mongoose：這是一個 MongoDB 對象數據映射器（ODM），可以用於在 Node.js 中與 MongoDB 數據庫進行交互。
6. Winston：這是一個用於 Node.js 的日誌庫，可以用於記錄應用程序的日誌信息。
7. Passport.js：這是一個用於身份驗證的 Node.js 库，可以用於實現本地、社交和多因素身份驗證策略。
8. Puppeteer：這是一個用於化測試和網頁爬蟲的 Node.js 库，可以用於模擬瀏覽器行為和操作 DOM。
這些 Node.js 工具可以幫助開發人員更高效地開發和管理 Node.js 應用程序，並提供各種有用的功能，例如 Web 應用程序框架、進程管理、數據庫交互、日誌記錄、身份驗證和自動化測試等。
結語
我們從最基本的介紹出發，認識了 Node.js 這個 Server 端的 JavaScript 執行環境，並提到 Node.js 的語言特性在高併發情況的優勢，最後重點理解 JavaScript 的重要特色：事件迴圈，背後是如何在伺服器端執行。
（本文作者是 ALPHA Camp「JavaScript 全端開發課程」助教、前端工程師 Gary，擁有四年以上軟體開發經驗。本文轉載自前端三十系列文）
