Node.js

Node.js ist eine plattformübergreifende Open -Source -JavaScript- Laufzeitumgebung , die unter Windows , Linux , Unix , macOS und weiteren Betriebssystemen ausgeführt werden kann. Node.js basiert auf der V8- JavaScript-Engine und führt JavaScript-Code außerhalb eines Webbrowsers aus . Laut der Stack Overflow Developer Survey zählt Node.js zu den am häufigsten verwendeten Webtechnologien. ^{[ 6 ]}

Node.js ermöglicht es Entwicklern, JavaScript sowohl für Kommandozeilenprogramme als auch für serverseitige Skripte zu verwenden . Die Ausführung von JavaScript auf dem Server wird häufig genutzt, um dynamische Webseiteninhalte zu generieren , bevor die Seite an den Webbrowser des Nutzers gesendet wird. Daher verkörpert Node.js das Paradigma „JavaScript überall“ ^{[ 7 ]} und vereinheitlicht die Webanwendungsentwicklung um eine einzige Programmiersprache , anstatt unterschiedliche Sprachen für die serverseitige und clientseitige Programmierung zu verwenden.

Node.js verfügt über eine ereignisgesteuerte Architektur, die asynchrone Ein-/Ausgabe ermöglicht . Diese Designentscheidungen zielen darauf ab, den Durchsatz und die Skalierbarkeit von Webanwendungen mit vielen Ein-/Ausgabeoperationen sowie von Echtzeit- Webanwendungen (z. B. Echtzeit-Kommunikationsprogrammen und Browserspielen ) zu optimieren. ^{[ 8 ]}

Das verteilte Entwicklungsprojekt Node.js wurde zuvor von der Node.js Foundation ^{[ 9 ]} verwaltet und hat sich nun mit der JS Foundation zur OpenJS Foundation zusammengeschlossen . Die OpenJS Foundation wird durch das Collaborative Projects-Programm der Linux Foundation unterstützt . ^{[ 10 ]}

Node.js wurde ursprünglich 2009 von Ryan Dahl entwickelt ^{[ 11 ]} , etwa 13 Jahre nach der Einführung der ersten serverseitigen JavaScript-Umgebung, Netscapes LiveWire Pro Web. ^{[ 12 ]} Die erste Version unterstützte nur Linux und Mac OS X. Entwicklung und Wartung wurden von Dahl geleitet und später von Joyent gesponsert . ^{[ 13 ]}

Dahl kritisierte die begrenzte Fähigkeit des Apache HTTP Servers , viele (10.000+) gleichzeitige Verbindungen zu verarbeiten, sowie das vorherrschende Programmierparadigma der sequenziellen Programmierung, bei dem Anwendungen ganze Prozesse blockieren oder die Entstehung mehrerer Ausführungsstapel für gleichzeitige Verbindungen verursachen könnten.

Dahl stellte das Projekt auf der ersten europäischen JSConf am 8. November 2009 vor. [ ^{14 ] [ 15 ] [ 16 ] Node.js} kombinierte Googles V8 JavaScript-Engine, eine Ereignisschleife und eine Low-Level- I/O- API . ^{[ 17 ]}

Im Januar 2010 wurde für die Node.js-Umgebung ein Paketmanager namens npm eingeführt . ^{[ 18 ]} Mit diesem Paketmanager können Programmierer Node.js- Pakete zusammen mit dem zugehörigen Quellcode veröffentlichen und teilen. Er ist darauf ausgelegt, die Installation, Aktualisierung und Deinstallation von Paketen zu vereinfachen. ^{[ 17 ]}

Im Juni 2011 implementierten Microsoft und Joyent eine native Windows- Version von Node.js. ^{[ 19 ]} Der erste Node.js-Build mit Windows-Unterstützung wurde im Juli 2011 veröffentlicht.

Im Januar 2012 übergab Dahl die Leitung des Projekts an den Gründer von npm, Isaac Schlueter. ^{[ 20 ]} Im Januar 2014 gab Schlüter bekannt, dass Timothy J. Fontaine das Projekt leiten würde. ^{[ 21 ]}

Im Dezember 2014 entwickelte Fedor Indutny io.js, einen Fork von Node.js, da er mit der Governance von Joyent unzufrieden war. io.js sollte eine offene Governance- Alternative mit einem separaten technischen Komitee darstellen. Ziel war es, eine Struktur zu schaffen, die stärker auf Community-Beiträge eingeht und unter anderem die Aktualisierung von io.js mit den neuesten Versionen der Google V8 JavaScript-Engine vorsieht – ein Unterschied zum damaligen Ansatz von Node.js. ^{[ 22 ]}

Die Node.js Foundation, die Node.js und io.js unter einem gemeinsamen Dach vereinen sollte, wurde im Februar 2015 angekündigt. ^{[ 23 ]} Die Fusion erfolgte im September 2015, als Node.js v0.12 und io.js v3.3 zu Node v4.0 zusammengeführt wurden. ^{[ 24 ]} Durch diese Zusammenführung wurden V8- ES6- Funktionen in Node.js integriert und ein langfristiger Supportzyklus eingeführt. ^{[ 25 ]} Im Jahr 2016 empfahl die io.js-Website die Rückkehr zu Node.js und kündigte an, keine weiteren io.js-Versionen mehr zu veröffentlichen. Damit wurde die Abspaltung effektiv beendet und der Erfolg der Fusion besiegelt. ^{[ 26 ]}

Im Jahr 2019 fusionierten die JS Foundation und die Node.js Foundation zur OpenJS Foundation .

Das Node.js-Logo zeigt ein grünes Sechseck mit überlappenden Streifen, die die plattformübergreifende Natur der Laufzeitumgebung symbolisieren. ^{[ 27 ]} Die Raketenschildkröte wurde im Februar 2024 nach einem Designwettbewerb zum offiziellen Maskottchen von Node.js gewählt. ^{[ 28 ]}

Node.js ermöglicht die Erstellung von Webservern und Netzwerktools mithilfe von JavaScript und einer Sammlung von Modulen, die verschiedene Kernfunktionen bereitstellen. ^{[ 14 ] [ 17 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]} Es gibt Module für Dateisystem -E/A, Netzwerkfunktionen ( DNS , HTTP , TCP , TLS/SSL oder UDP ), Binärdaten (Puffer), Kryptografiefunktionen , Datenströme und weitere Kernfunktionen. ^{[ 17 ] [ 30 ] [ 32 ]} Die Module von Node.js verwenden eine API, die die Komplexität der Serveranwendungsentwicklung reduziert. ^{[ 17 ] [ 30 ]}

Seit Version 22.6.0 unterstützt Node.js nativ sowohl JavaScript als auch TypeScript , sodass TypeScript-Dateien ohne separaten Kompilierungsschritt ausgeführt werden können. ^{[ 33 ]} Die TypeScript-Unterstützung wurde von Marco Ippolito, einem Mitglied des Node.js TSC, beigesteuert. Darüber hinaus stehen zahlreiche Sprachen zur Verfügung , die zu JavaScript kompiliert werden können, ^{[ 34 ]} wodurch Node.js-Anwendungen auch in CoffeeScript , ^{[ 35 ]} Dart , ClojureScript und anderen Sprachen geschrieben werden können .

Node.js wird primär zur Entwicklung von Netzwerkprogrammen wie Webservern verwendet. ^{[ 29 ]} Der bedeutendste Unterschied zwischen Node.js und PHP besteht darin, dass die meisten Funktionen in PHP blockieren, bis sie abgeschlossen sind (Befehle werden erst ausgeführt, nachdem vorherige Befehle beendet wurden), während Node.js-Funktionen nicht blockierend sind (Befehle werden parallel ausgeführt und verwenden Rückruffunktionen, um den Abschluss oder Fehler zu signalisieren). ^{[ 29 ]}

Node.js wird offiziell von Linux , macOS und Microsoft Windows 8.1 und Server 2012 (und höher) unterstützt ^{[ 3 ]} , mit Tier-2-Unterstützung für SmartOS und IBM AIX sowie experimenteller Unterstützung für FreeBSD . OpenBSD funktioniert ebenfalls, und LTS-Versionen sind für IBM i (AS/400) verfügbar ^{[ 36 ]} . Der Quellcode kann auch auf ähnlichen, nicht offiziell unterstützten Betriebssystemen wie NonStop OS ^{[ 37 ]} und Unix -Servern kompiliert werden.

Node.js ermöglicht die Entwicklung schneller Webserver in JavaScript mittels ereignisgesteuerter Programmierung . ^{[ 17 ]} Entwickler können skalierbare Server ohne Threading erstellen , indem sie ein vereinfachtes Modell verwenden, das Callbacks nutzt , um den Abschluss einer Aufgabe zu signalisieren. ^{[ 17 ]} Node.js verbindet die Benutzerfreundlichkeit einer Skriptsprache (JavaScript) mit der Leistungsfähigkeit der Unix-Netzwerkprogrammierung. ^{[ 17 ]}

Node.js basiert auf Googles V8-JavaScript-Engine, da es unter der BSD-Lizenz als Open Source veröffentlicht wurde , und bietet umfassende Unterstützung für grundlegende Protokolle wie HTTP , DNS und TCP . ^{[ 14 ]} Die bestehende Popularität von JavaScript machte Node.js für die Webentwickler-Community zugänglich . ^{[ 14 ]}

Es gibt Tausende von Open-Source-Bibliotheken für Node.js, die größtenteils auf der npm-Website gehostet werden. Zahlreiche Entwicklerkonferenzen und -veranstaltungen unterstützen die Node.js-Community, darunter NodeConf, Node Interactive und Node Summit, sowie eine Reihe regionaler Events.

Die Open-Source-Community hat Web-Frameworks entwickelt , um die Anwendungsentwicklung zu beschleunigen. Zu diesen Frameworks gehören Express.js , Socket.IO , Sails.js , Next.js und Meteor . ^{[ 17 ] [ 38 ]} Außerdem wurden verschiedene Pakete für die Anbindung an andere Sprachen oder Laufzeitumgebungen wie Microsoft .NET erstellt . ^{[ 39 ]}

Moderne Desktop- IDEs bieten Bearbeitungs- und Debugging-Funktionen speziell für Node.js-Anwendungen. Zu diesen IDEs gehören Atom , Brackets , JetBrains WebStorm ^{[ 40 ] [ 41 ]} , Microsoft Visual Studio (mit Node.js Tools für Visual Studio ^{[ 42 ]} oder TypeScript mit Node-Definitionen ^{[ 43 ] [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]} ), NetBeans [ ^{47 ] ,} Nodeclipse Enide Studio ^{[ 48 ]} ( Eclipse -basiert) und Visual Studio Code ^{[ 49 ] [ 50 ]} . Einige Online-IDEs unterstützen ebenfalls Node.js, beispielsweise Codeanywhere , Eclipse Che , Cloud9 IDE und der visuelle Workflow-Editor in Node-RED .

Node.js wird von einer Reihe von Cloud-Hosting-Plattformen wie Jelastic , Google Cloud Platform , AWS Elastic Beanstalk , Azure Web Apps und Joyent unterstützt .

Neue Hauptversionen von Node.js werden halbjährlich vom GitHub -Hauptzweig veröffentlicht. Gerade Versionen erscheinen im April, ungerade im Oktober. Mit der Veröffentlichung einer neuen ungeraden Version wird die vorherige gerade Version in den Langzeit-Support (LTS) überführt. Dieser erhält ab dem Datum der LTS-Kennzeichnung 12 Monate aktiven Support. Nach Ablauf dieser 12 Monate wird die LTS-Version weitere 18 Monate lang gewartet. Änderungen, die keine Kompatibilitätsprobleme verursachen, werden einige Wochen nach ihrer Veröffentlichung in der aktuellen Version automatisch in die bestehende Version übernommen. Wartungsversionen erhalten ausschließlich kritische Fehlerbehebungen und Dokumentationsaktualisierungen. ^{[ 51 ]} Die LTS-Arbeitsgruppe entwickelt Strategie und Richtlinien in Zusammenarbeit mit dem Technischen Lenkungsausschuss der Node.js Foundation.

Node.js ist eine JavaScript-Laufzeitumgebung, die eingehende Anfragen in einer Schleife, der sogenannten Ereignisschleife , verarbeitet .

Node.js verwendet intern libuv zur Verarbeitung asynchroner Ereignisse. Libuv ist eine Abstraktionsschicht für Netzwerk- und Dateisystemfunktionen unter Windows und POSIX- basierten Systemen wie Linux, macOS , OSS on NonStop und Unix. Node.js nutzt nghttp2 für HTTP-Unterstützung. Ab Version 20 verwendet Node.js die ada-Bibliothek, die aktuelle WHATWG- URL- Konformität gewährleistet. Ab Version 19.5 verwendet Node.js die simdutf-Bibliothek für schnelle Unicode-Validierung und -Transkodierung. Ab Version 21.3 verwendet Node.js die simdjson-Bibliothek für schnelles JSON-Parsing.

Node.js arbeitet mit einer Single-Thread -Ereignisschleife und verwendet nicht-blockierende E/A- Aufrufe. Dadurch kann es Zehntausende gleichzeitige Verbindungen unterstützen, ohne dass Kontextwechsel zwischen Threads erforderlich sind . ^{[ 56 ]} Das Design, bei dem alle Anfragen, die das Observer-Muster verwenden, einen einzigen Thread gemeinsam nutzen , ist für die Entwicklung hochgradig paralleler Anwendungen gedacht, in denen jede E/A-Funktion einen Callback verwenden muss . Um die Single-Thread-Ereignisschleife zu realisieren, verwendet Node.js die libuv- Bibliothek, die wiederum einen Thread-Pool fester Größe nutzt, der einen Teil der nicht-blockierenden asynchronen E/A-Operationen verarbeitet. ^{[ 8 ]}

Ein Thread-Pool übernimmt die Ausführung paralleler Aufgaben in Node.js. Der Hauptthread lädt Aufgaben in die gemeinsame Aufgabenwarteschlange, die von den Threads im Thread-Pool abgerufen und ausgeführt wird. Nicht-blockierende Systemfunktionen wie Netzwerkfunktionen werden auf nicht-blockierende Sockets im Kernel übersetzt, während blockierende Systemfunktionen wie Datei-I/O blockierend in eigenen Threads ausgeführt werden. Sobald ein Thread im Thread-Pool eine Aufgabe abgeschlossen hat, benachrichtigt er den Hauptthread, der daraufhin aktiviert wird und die registrierte Callback-Funktion ausführt.

Ein Nachteil dieses Single-Thread-Ansatzes ist, dass Node.js ohne zusätzliche Module wie Cluster ^{[ 57 ]} , StrongLoop Process Manager ^{[ 58 ]} oder pm2 ^{[ 59 ]} keine vertikale Skalierung durch Erhöhung der Anzahl der CPU-Kerne des Rechners zulässt. Entwickler können jedoch die Standardanzahl der Threads im libuv-Threadpool erhöhen. Das Serverbetriebssystem verteilt diese Threads dann wahrscheinlich auf mehrere Kerne. ^{[ 60 ]} Ein weiteres Problem besteht darin, dass langwierige Berechnungen und andere CPU-intensive Aufgaben die gesamte Ereignisschleife bis zu ihrem Abschluss blockieren.

V8 ist die JavaScript-Ausführungs-Engine, die ursprünglich für Google Chrome entwickelt wurde . 2008 wurde sie von Google als Open Source veröffentlicht. V8 ist in C++ geschrieben und kompiliert JavaScript-Quellcode zur Laufzeit in nativen Maschinencode . ^{[ 8 ]} Seit 2016 beinhaltet sie auch Ignition, einen Bytecode-Interpreter .

npm ist der vorinstallierte Paketmanager für die Node.js-Serverplattform. Er installiert Node.js-Programme aus der npm-Registry und organisiert die Installation und Verwaltung von Node.js-Programmen von Drittanbietern.

Node.js registriert sich beim Betriebssystem, um über asynchrone E/A- Ereignisse wie neue Verbindungen benachrichtigt zu werden. Innerhalb der Node.js-Laufzeitumgebung lösen Ereignisse Rückruffunktionen aus, und jede Verbindung wird als kleine Speicherbelegung im Heap behandelt . Traditionell wurden Verbindungen von relativ ressourcenintensiven Betriebssystemprozessen oder Threads verwaltet. Node.js verwendet für parallele E/A eine Ereignisschleife anstelle von Prozessen oder Threads. ^{[ 61 ]} Im Gegensatz zu anderen ereignisgesteuerten Servern muss die Ereignisschleife von Node.js nicht explizit aufgerufen werden. Stattdessen werden Rückruffunktionen definiert, und der Server tritt am Ende der Definition automatisch in die Ereignisschleife ein. Node.js verlässt die Ereignisschleife, sobald keine weiteren Rückruffunktionen mehr auszuführen sind.

Node.js unterstützt WebAssembly und bietet ab Version 14 experimentelle Unterstützung für WASI , die WebAssembly System Interface.

Node.js bietet die Möglichkeit, „Add-ons“ über eine C -basierte API namens N-API zu erstellen. Diese ermöglicht es, .nodeaus in C/C++ geschriebenem Quellcode ladbare (importierbare) Module zu erzeugen. ^{[ 62 ]} Die Module können direkt in den Speicher geladen und innerhalb der JavaScript-Umgebung als einfache CommonJS-Module ausgeführt werden. Die Implementierung der N-API basiert auf internen C/C++-Objekten von Node.js und V8, weshalb Benutzer Node.js-spezifische Header in ihren nativen Quellcode importieren müssen ( #include ). ^{[ 62 ]}

Da die Node.js-API auf Binärebene grundlegenden Änderungen unterliegt, müssen Module für bestimmte Node.js-Versionen kompiliert und ausgeliefert werden, um korrekt zu funktionieren. Um dieses Problem zu beheben, haben Drittanbieter Open-Source-C/C++-Wrapper für die API entwickelt, die das Problem teilweise lösen. Sie vereinfachen die Schnittstellen, können aber als Nebeneffekt auch Komplexität mit sich bringen, mit der sich die Entwickler auseinandersetzen müssen. Obwohl die Kernfunktionalität von Node.js in einer integrierten JavaScript-Bibliothek liegt, können in C++ geschriebene Module verwendet werden, um die Funktionalität zu erweitern und die Leistung von Anwendungen zu verbessern.

Um solche Module zu erstellen, benötigt man einen geeigneten C++-Compiler und die notwendigen Header (letztere werden typischerweise mit Node.js selbst ausgeliefert), z. B. gcc , clang oder MSVC++ .

Die N-API ähnelt der Java Native Interface . OpenHarmony und ArkTS verwenden ebenfalls die N-API, wobei die interne Implementierung neu geschrieben wurde. ^{[ 63 ]}

Im Jahr 2015 begannen verschiedene Zweige der Node.js-Community unter dem Dach der herstellerneutralen Node.js Foundation zusammenzuarbeiten. Der erklärte Zweck der Organisation ist es, „die breite Akzeptanz von Node.js und verwandten Modulen zu fördern und deren Entwicklung durch ein offenes Governance-Modell zu beschleunigen, das die Beteiligung, technische Beiträge und einen Rahmen für die langfristige Betreuung durch ein Ökosystem unterstützt, das am Erfolg von Node.js interessiert ist.“ ^{[ 64 ]}

Das Technical Steering Committee (TSC) der Node.js Foundation ist das technische Leitungsgremium der Node.js Foundation. Das TSC ist verantwortlich für das Node.js-Kern-Repository sowie abhängige und angrenzende Projekte. Die Administration dieser Projekte delegiert das TSC in der Regel an Arbeitsgruppen oder Komitees. ^{[ 65 ]} Die LTS-Gruppe, die die langfristig unterstützten Releases verwaltet, ist eine solche Gruppe. Weitere aktuelle Gruppen sind Website, Streams, Build, Diagnostics, i18n, Evangelism, Docker, Addon API, Benchmarking, Post-mortem, Intl, Documentation und Testing. ^{[ 66 ]}

Im August 2017 trat ein Drittel der TSC-Mitglieder aufgrund einer Auseinandersetzung über den Verhaltenskodex des Projekts zurück. Sie traten zurück, nachdem ein Versuch, ein Mitglied der Führungsgruppe, gegen das mehrere Beschwerden vorlagen, aus der Leitungsgruppe zu entfernen, gescheitert war. ^{[ 67 ]}

• Hughes-Croucher, Tom; Wilson, Mike (April 2012), Up and Running with Node.js , O'Reilly Media , ISBN 978-1-4493-9858-3
• Ornbo, George (September 2012), Sams Teach Yourself Node.js in 24 Hours , SAMS Publishing , ISBN 978-0-672-33595-2
• Teixeira, Pedro (Oktober 2012), Professional Node.js , John Wiley & Sons , ISBN 978-1-118-22754-1
• Randal L. Schwartz und Aaron Newcomb (9. Januar 2013). „Folge 237: Node.js“ . twit.tv/show/floss-weekly (Podcast). TWiT.tv. Ereignisbeginn: 1:08:13 . Abgerufen am 9. Januar 2013 .
• Gackenheimer, Cory (Oktober 2013), Node.js Recipes: A Problem-Solution Approach , Apress , ISBN 978-1-4302-6058-5

• Offizielle Website