背景

去年下半年，我在微信书架里加入了许多技术书籍，各种类别的都有，断断续续的读了一部分。

没有计划的阅读，收效甚微。

新年伊始，我准备尝试一下其他方式，比如阅读周。每月抽出1~2个非连续周，完整阅读一本书籍。

这个“玩法”虽然常见且板正，但是有效。

已读完书籍：《架构简洁之道》。

当前阅读周书籍：《深入浅出的Node.js》。

网络编程

构建TCP服务

TCP

TCP全名为传输控制协议，在OSI模型（由七层组成，分别为物理层、数据链结层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层）中属于传输层协议。

创建TCP服务器端

下面的代码会创建一个TCP服务器端来接受网络请求：

var net = require('net');

var server = net.createServer(function (socket) {
  // 新的连接
  socket.on('data', function (data) {
    socket.write('你好');
  });

  socket.on('end', function () {
    console.log('连接断开');
  });
  socket.write('欢迎光临《深入浅出Node.js》示例：\n');
});

server.listen(8027, function () {
  console.log('server bound');
});

然后，我们通过net模块自行构造客户端进行会话，测试上面构建的TCP服务的代码：

var net = require('net');
var client = net.connect({ port: 8027 }, function () {
  //'connect' listener
  console.log('client connected');
  client.write('world! \r\n');
});

client.on('data', function (data) {
  console.log(data.toString());
  client.end();
});

client.on('end', function () {
  console.log('client disconnected');
});

最终得到的会话信息如下：

> node test2.js
> client connected
> 欢迎光临《深入浅出Node.js》示例：
> 
> 你好
> client disconnected

TCP服务的事件

TCP服务的事件分为服务器事件和连接事件。

1、服务器事件

对于通过net.createServer()创建的服务器而言，它是一个EventEmitter实例，它的自定义事件有如下几种：

• listening：在调用server.listen()绑定端口或者Domain Socket后触发，简洁写法为server.listen(port, listeningListener)，通过listen()方法的第二个参数传入。
• connection：每个客户端套接字连接到服务器端时触发。
• close：当服务器关闭时触发，在调用server.close()后，服务器将停止接受新的套接字连接，但保持当前存在的连接，等待所有连接都断开后，会触发该事件。
• error：当服务器发生异常时，将会触发该事件。

2、连接事件

服务器可以同时与多个客户端保持连接，对于每个连接而言是典型的可写可读Stream对象。

Stream对象可以用于服务器端和客户端之间的通信，它具有如下自定义事件：

• data：当一端调用write()发送数据时，另一端会触发data事件，事件传递的数据即是write()发送的数据。
• end：当连接中的任意一端发送了FIN数据时，将会触发该事件。
• connect：该事件用于客户端，当套接字与服务器端连接成功时会被触发。
• drain：当任意一端调用write()发送数据时，当前这端会触发该事件。
• error：当异常发生时，触发该事件。
• close：当套接字完全关闭时，触发该事件。
• timeout：当一定时间后连接不再活跃时，该事件将会被触发，通知用户当前该连接已经被闲置了。

构建UDP服务

UDP又称用户数据包协议，与TCP一样同属于网络传输层。UDP与TCP最大的不同是UDP不是面向连接的。在UDP中，一个套接字可以与多个UDP服务通信。

UDP目前应用很广泛，DNS服务即是基于它实现的。

创建UDP套接字

UDP套接字一旦创建，既可以作为客户端发送数据，也可以作为服务器端接收数据。

创建UDP套接字十分简单，方式如下：

var dgram = require('dgram');
var socket = dgram.createSocket("udp4");

创建UDP服务器端

若想让UDP套接字接收网络消息，只要调用dgram.bind(port, [address])方法对网卡和端口进行绑定即可。

如下代码可以创建一个完整的UDP服务器端：

var dgram = require('dgram');

var server = dgram.createSocket('udp4');

server.on('message', function (msg, rinfo) {
  console.log('server got: ' + msg + ' from ' + rinfo.address + ':' + rinfo.port);
});

server.on('listening', function () {
  var address = server.address();
  console.log('server listening ' + address.address + ':' + address.port);
});

server.bind(41234);

该套接字将接收所有网卡上41234端口上的消息。在绑定完成后，将触发listening事件。

创建UDP客户端

然后，我们可以创建一个客户端与服务器端进行对话：

var dgram = require('dgram');

var message = Buffer.from('深入浅出Node.js');
var client = dgram.createSocket('udp4');
client.send(message, 0, message.length, 41234, 'localhost', function (err, bytes) {
  client.close();
});

执行前面的代码文件，得到如下输出：

> node test.js
> server listening 0.0.0.0:41234
> server got: 深入浅出Node.js from 127.0.0.1:51910

UDP套接字事件

UDP套接字是一个EventEmitter的实例，它具备如下自定义事件：

• message：当UDP套接字侦听网卡端口后，接收到消息时触发该事件，触发携带的数据为消息Buffer对象和一个远程地址信息。
• listening：当UDP套接字开始侦听时触发该事件。
• close：调用close()方法时触发该事件，并不再触发message事件。如需再次触发message事件，重新绑定即可。
• error：当异常发生时触发该事件，如果不侦听，异常将直接抛出，使进程退出。

构建HTTP服务

Node提供了基本的http和https模块用于HTTP和HTTPS的封装，在Node中构建HTTP服务极其容易，Node官网上就提供了经典例子：

var http = require('http');
http
  .createServer(function (req, res) {
    res.writeHead(200, { 'Content-Type': 'text/plain' });
    res.end('Hello World\n');
  })
  .listen(1234, '127.0.0.1');
console.log('Server running at http://127.0.0.1:1234/');

HTTP

HTTP的全称是超文本传输协议，HTTP构建在TCP之上，属于应用层协议。在HTTP的两端是服务器和浏览器，即著名的B/S模式。

HTTP报文

无论是HTTP请求报文还是HTTP响应报文，报文内容都包含两个部分：报文头和报文体。

http模块

Node的http模块包含对HTTP处理的封装。HTTP服务以request为单位进行服务。http模块即是将connection到request的过程进行了封装。

http模块将连接所用套接字的读写抽象为ServerRequest和ServerResponse对象，它们分别对应请求和响应操作。

1、HTTP请求

对于TCP连接的读操作，http模块将其封装为ServerRequest对象。请求报文如下：

> GET / HTTP/1.1
> User-Agent: curl/7.24.0 (x86_64-apple-darwin12.0) libcurl/7.24.0 OpenSSL/0.9.8r zlib/1.2.5
> Host: 127.0.0.1:1337
> Accept: */*

• req.method属性：值为GET，是为请求方法，常见的请求方法有GET、POST、DELETE、PUT、CONNECT等几种。
• req.url属性：值为/。
• req.httpVersion属性：值为1.1。

2、HTTP响应

HTTP响应对象封装了对底层连接的写操作，可以将其看成一个可写的流对象。它影响响应报文头部信息的API为res.setHeader()和res. writeHead()。

3、HTTP服务的事件

HTTP服务器抽象了一些事件，以供应用层使用，它是一个EventEmitter实例。

• connection事件：在开始HTTP请求和响应前，客户端与服务器端需要建立底层的TCP连接，这个连接可能因为开启了keep-alive，可以在多次请求响应之间使用；当这个连接建立时，服务器触发一次connection事件。
• request事件：建立TCP连接后，http模块底层将在数据流中抽象出HTTP请求和HTTP响应，当请求数据发送到服务器端，在解析出HTTP请求头后，将会触发该事件；在res.end()后，TCP连接可能将用于下一次请求响应。
• close事件：调用server.close()方法停止接受新的连接，当已有的连接都断开时，触发该事件；可以给server.close()传递一个回调函数来快速注册该事件。
• checkContinue事件：某些客户端在发送较大的数据时，并不会将数据直接发送，而是先发送一个头部带Expect: 100-continue的请求到服务器，服务器将会触发checkContinue事件。
• connect事件：当客户端发起CONNECT请求时触发，而发起CONNECT请求通常在HTTP代理时出现；如果不监听该事件，发起该请求的连接将会关闭。
• upgrade事件：当客户端要求升级连接的协议时，需要和服务器端协商，客户端会在请求头中带上Upgrade字段，服务器端会在接收到这样的请求时触发该事件。如果不监听该事件，发起该请求的连接将会关闭。
• clientError事件：连接的客户端触发error事件时，这个错误会传递到服务器端，此时触发该事件。

HTTP客户端

http模块提供了一个底层API:http.request(options, connect)，用于构造HTTP客户端。

var http = require('http');
var options = {
  hostname: '127.0.0.1',
  port: 1234,
  path: '/',
  method: 'GET',
};

var req = http.request(options, function (res) {
  console.log('STATUS: ' + res.statusCode);
  console.log('HEADERS: ' + JSON.stringify(res.headers));
  res.setEncoding('utf8');
  res.on('data', function (chunk) {
    console.log(chunk);
  });
});

req.end();

执行上面的代码文件，得到如下输出：

> node test2.js
> STATUS: 200
> HEADERS: {"content-type":"text/plain","date":"Thu, 22 Feb 2024 06:28:27 GMT","connection":"close","transfer-encoding":"chunked"}
> Hello World

构建WebSocket服务

WebSocket客户端基于事件的编程模型与Node中自定义事件相差无几。

WebSocket实现了客户端与服务器端之间的长连接，而Node事件驱动的方式十分擅长与大量的客户端保持高并发连接。

WebSocket与传统HTTP有如下好处：

1. 客户端与服务器端只建立一个TCP连接，可以使用更少的连接。
2. WebSocket服务器端可以推送数据到客户端，这远比HTTP请求响应模式更灵活、更高效。
3. 有更轻量级的协议头，减少数据传送量。

WebSocket服务端

如下代码可以创建一个的WebSocket服务器端：

// 引入WebSocket模块
const WebSocket = require('ws');

// 创建WebSocket服务器监听端口3000
const wss = new WebSocket.Server({ port: 3000 });

wss.on('connection', function connection(ws) {
  // 当客户端连接时，发送欢迎消息
  ws.send('欢迎连接WebSocket服务器！');

  // 接收客户端消息
  ws.on('message', function incoming(message) {
    console.log('收到消息: %s', message);
  });

  // 当连接关闭时
  ws.on('close', function close() {
    console.log('连接已关闭。');
  });

  // 处理错误
  ws.on('error', function error(e) {
    console.log('发生错误: %s', e);
  });
});

console.log('WebSocket服务器运行在 ws://localhost:3000');

WebSocket客户端

接着我们再新增一个WebSocket在客户端：

const WebSocket = require('ws');

const ws = new WebSocket('ws://localhost:3000');

ws.on('open', function open() {
  console.log('connected');
  ws.send('hello');
});

ws.on('close', function close() {
  console.log('disconnected');
});

ws.on('message', function incoming(data) {
  console.log('received: %s', data);
});

执行上面的代码文件，得到如下输出：

> node test2.js
> connected
> received: 欢迎连接WebSocket服务器！

网络服务与安全

Node在网络安全上提供了3个模块，分别为crypto、tls、https。

• crypto：主要用于加密解密，包括SHA1、MD5等加密算法。
• TLS/SSL：是一个公钥/私钥的结构，它是一个非对称的结构，每个服务器端和客户端都有自己的公私钥。公钥用来加密要传输的数据，私钥用来解密接收到的数据。公钥和私钥是配对的，通过公钥加密的数据，只有通过私钥才能解密。
• HTTPS服务：就是工作在TLS/SSL上的HTTP。HTTPS服务需要用到私钥和签名证书

总结

我们来总结一下本篇的主要内容：

• Node提供了相对底层的网络调用，以及基于事件的编程接口，使得开发者在这些模块上十分轻松地构建网络应用。
• UDP目前应用很广泛，DNS服务即是基于它实现的。
• WebSocket实现了客户端与服务器端之间的长连接，而Node事件驱动的方式十分擅长与大量的客户端保持高并发连接。
• Node基于事件驱动的方式使得它应对WebSocket这类长连接的应用场景可以轻松地处理大量并发请求。

作者介绍
非职业「传道授业解惑」的开发者叶一一。
《趣学前端》、《CSS畅想》等系列作者。华夏美食、国漫、古风重度爱好者，刑侦、无限流小说初级玩家。
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