Grundwissen für NodeJs-Anfänger: Die ersten 100 Schritte E-Book

Ronya Tenco

• Herausgeber: tredition
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Deutsch

Seitenzahl: 98

Veröffentlichungsjahr: 2024

Beschreibung

Dieses eBook ist der perfekte Begleiter für alle, die ihre Reise in die Welt von NodeJs beginnen möchten. In "Grundwissen für NodeJs-Anfänger: Die ersten 100 Schritte" führen wir Sie durch die grundlegenden Konzepte und Techniken, die Sie als Neuling kennen müssen. Von der Einrichtung Ihrer Entwicklungsumgebung über das Verständnis der NodeJs-Architektur bis hin zur Erstellung Ihrer ersten Anwendungen – dieses Buch deckt alles ab.Wir haben darauf geachtet, die Inhalte einfach und leicht verständlich zu gestalten. Jedes Kapitel ist präzise aufgebaut, um Ihnen schrittweise das notwendige Wissen zu vermitteln. Zudem enthält das eBook zahlreiche Beispiele und Übungen, die Ihnen helfen, das Gelernte praktisch umzusetzen.Egal, ob Sie Entwickler sind, der seine Fähigkeiten erweitern möchte, oder ein totaler Anfänger, der gerade erst beginnt – dieses Buch wird Ihnen den Einstieg erleichtern und Ihnen helfen, schnell und effektiv Fortschritte zu machen.Steigen Sie heute ein in die spannende Welt der JavaScript-basierten Entwicklung mit NodeJs!

Leseprobe

Index

Node.jsの非ブロッキングE/Aアーキテクチャ

Node.jsのシングルスレッドと非ブロッキングI/O

V8 JavaScript Engine in Node.js

Node Package Manager (npm)

Isomorphe Programmierung in Node.js

Vermeidung der Callback-Hölle

Promises und Async/Await in Node.js

ESModules in Node.js

Der Event Loop in Node.js

Node.js Streams

Error-First Callbacks

Node.js und Umgebungsvariablen

Cluster-Modul in Node.js

Node.js N-API

Node.js globales Objekt

Node.jsの__dirnameと__filename

Express.jsのミドルウェア関数

Node.js und Worker Threads

Skalierung mit Node.js: Replikation und Sharding

Unit-Tests in Node.js

Debugging in Node.js

Hot Reloading in Node.js mit nodemon

Rate Limiting in Node.js

Cross-Origin Resource Sharing (CORS)

EventEmitter-Klasse

Memory Leaks in Node.js

Verzögerte Code-Ausführung in Node.js

HTTP/2-Unterstützung in Node.js

Server-Sent Events (SSE) in Node.js

Node.js und TLS/SSL

Node.js und das Child_process Modul

WebSocket in Node.js

Environment Configuration in Node.js

Node.js und Mikroservices

Node.js OS Modul

Dateien mit Node.js lesen und schreiben

Arbeiten mit Dateipfaden in Node.js

Node.js Krypto Modul

Node.js Util Modul

Die asynchrone Natur von Node.js

Konfiguration von Webservern mit Express

Die package.json Datei in Node.js

Versionsmanagement in Node.js

Node.js und Datenbankintegration

Sicherheit durch Umgebungsvariablen

Session-Datenverwaltung in Node.js

Logging mit Winston in Node.js

Leistungsüberwachung in Node.js

CPU-intensive Aufgaben in Node.js

Caching-Strategien in Node.js

Internationalisierung in Node.js

Automatisierte Tests in Node.js

Sicherheit in Node.js-Anwendungen

Integration von APIs in Node.js

Datenvalidierung in Node.js

Alternative Frameworks in Node.js

Modernes JavaScript in Node.js

RESTful APIs in Node.js

GraphQL in Node.js

Microservices in Node.js

Echtzeitfunktionalitäten in Node.js

Entwicklung von Full-Stack-Anwendungen mit Node.js

Verständnis von HTTP-Statuscodes in Node.js

Modularität in Node.js

Lastausgleich in Node.js

HTTPS in Node.js einrichten

CI/CD in Node.js-Projekten

Datenbankauswahl für Node.js

TypeScript in Node.js

Codierungsstandards in Node.js

SEO in Node.js-Webanwendungen

Node.js Leistungsverbesserungen

Integration von Continuous Monitoring in Node.js

Automatische Skalierung in Node.js

Dependency Injection in Node.js

API-Sicherheit in Node.js

Cloud-Integration in Node.js

Netzwerkprotokolle in Node.js

Abhängigkeitsmanagement in Node.js

Node.js und Zugänglichkeitsanforderungen

Fehlerbehandlung in Node.js

Objektorientierung in Node.js

Integration von Datenanalysetools in Node.js

Node.js Dokumentation mit JSDoc

Datenschutz in Node.js Anwendungen

Node.js in der Speicherverwaltung

Zeitmanagement in Node.js

Logging-Levels in Node.js

Benachrichtigungs- und Alarmierungssysteme

Node.js im Speichermanagement

Sicherheit in Node.js-Projekten

State-Management in Node.js

Integration von KI in Node.js

Ereignisgesteuerte Architektur in Node.js

Verwaltung von API-Abhängigkeiten in Node.js

Node.jsでのビルドツールの使用

APIレートリミットの遵守

Node.js in Nutzerfeedback-Integration

Node.js für IoT-Anwendungen

Domain-Driven Design in Node.js

Best Practices für API-Design in Node.js

Paketverwaltung in Node.js

Service-Level-Agreements für Node.js-Dienste

Introduction

◆

In dieser Einführung fokussieren wir uns ausschließlich auf das Wesentliche für Anfänger in NodeJs, die bereits über grundlegende Programmierkenntnisse verfügen. Das Ziel dieses Buches ist es, Ihnen gezielt jene Kenntnisse zu vermitteln, die für den Einstieg in NodeJs unerlässlich sind.

Dieses Buch eignet sich ebenfalls hervorragend für erfahrene Entwickler, die ihr Wissen über die neuesten essenziellen Aspekte von NodeJs auffrischen möchten. Wir haben uns bemüht, die Inhalte so prägnant und zugänglich wie möglich zu gestalten, um Ihnen eine effiziente Lernmöglichkeit zu bieten.

Wenn Sie von den Informationen in diesem Buch profitieren konnten, bitten wir Sie, eine Rezension zu hinterlassen. Ihre Bewertung kann anderen Entwicklern in ähnlichen Situationen helfen, dieses Buch zu entdecken und ebenfalls von den bereitgestellten Kenntnissen zu profitieren. Ihr Feedback ist nicht nur wertvoll, um anderen zu helfen, sondern unterstützt auch die kontinuierliche Verbesserung dieses Ressourcenangebots.

1

Node.jsの非ブロッキングE/Aアーキテクチャ

Node.jsはデータ集約型のリアルタイムアプリケーションに最適な、イベント駆動の非ブロッキングE/Aアーキテクチャを採用しています。

次に示す例では、Node.jsで非ブロッキングI/O操作を行う方法を見ていきます。具体的には、ファイルシステムからファイルを非同期的に読み込むシンプルなコードです。

[Code]

// ファイル'sample.txt'を非同期的に読み込む

fs.readFile('sample.txt', 'utf-8', (err, data) => {

if (err) throw err;

console.log(data);

});

[Result]

sample.txtの内容がコンソールに表示されます。

このコードでは、fs.readFileメソッドを使用してファイルを非同期的に読み込んでいます。第一引数にはファイル名を、第二引数にはエンコーディングを指定し、第三引数にはコールバック関数を指定します。このコールバック関数はファイル読み込みが完了した後に実行され、エラーが発生した場合は例外をスローし、それ以外の場合はファイルの内容をコンソールに出力します。Node.jsの非ブロッキングI/Oはこのようにコールバックを使用してI/O操作がメインスレッドをブロックすることなく、他の操作を続けることができます。

[Trivia]

非ブロッキングI/Oは、リソースがすぐに利用可能でなくてもメインスレッドが停止することなく他のタスクを続行できるため、大規模なWebアプリケーションにおいて高いパフォーマンスを発揮します。

2

Node.jsのシングルスレッドと非ブロッキングI/O

Node.jsはシングルスレッドで動作しますが、非ブロッキングI/Oコールを利用して効率的にリソースを使用します。

ここでは、Node.jsがいかにしてシングルスレッドでありながら高性能を維持するかを示すHTTPサーバーの例を紹介します。

[Code]

// HTTPサーバーを作成

http.createServer((req, res) => {

res.writeHead(200, {'Content-Type': 'text/plain'});

res.end('Hello, World!\n');

}).listen(8080, () => {

console.log('Server running at http://127.0.0.1:8080/');

});

[Result]

サーバーが起動し、http://127.0.0.1:8080/ でアクセス可能になります。ブラウザからアクセスすると "Hello, World!\n" と表示されます。

この例では、Node.jsのhttpモジュールを使用しています。createServerメソッドに渡されたコールバック関数は、クライアントからの各リクエストに対して呼び出されます。ここで重要なのは、Node.jsがシングルスレッドであるにも関わらず、多数の同時接続を処理できることです。これは、非ブロッキングI/Oとイベントループによって、必要な時にのみスレッドが働き、無駄なリソース消費を避けるためです。このような設計により、Node.jsはリアルタイムWebアプリケーションに非常に適しています。

[Trivia]

Node.jsのイベントループは、非同期APIのコールバック、ネットワークリクエストのレスポンス、ファイルI/Oの結果など、さまざまな活動を管理する中心的な機構です。これにより、非効率なスレッド利用とは無関係に高いスループットを実現できます。4

3

V8 JavaScript Engine in Node.js

Node.js nutzt die V8 JavaScript Engine von Google, um JavaScript-Code schnell auszuführen.

Hier sehen Sie, wie ein einfacher JavaScript-Code in einer Node.js-Umgebung ausgeführt wird.

[Code]

console.log('Hallo Welt!');

[Result]

Hallo Welt!

Die V8 JavaScript Engine wurde von Google entwickelt und wird auch in Google Chrome verwendet. Sie kompiliert JavaScript direkt in Maschinencode, anstatt es zuerst in einen Zwischencode umzuwandeln. Dieser Prozess heißt Just-In-Time (JIT) Kompilierung, was bedeutet, dass der Code zur Laufzeit kompiliert und sofort ausgeführt wird, wodurch die Ausführungsgeschwindigkeit erheblich verbessert wird. In Node.js ermöglicht dies eine effiziente Verarbeitung von asynchronen Operationen und Netzwerkanfragen, was besonders nützlich für die Erstellung von skalierbaren Netzwerkanwendungen ist.

[Trivia]

Wussten Sie, dass die V8 Engine regelmäßig aktualisiert wird, um die neuesten ECMAScript-Standards zu unterstützen? Dies ermöglicht Entwicklern, moderne JavaScript-Features in ihren Node.js-Anwendungen zu nutzen.

4

Node Package Manager (npm)

npm ist ein wesentliches Werkzeug für das Management von Node.js Modulen und Bibliotheken.

Hier ist ein Beispiel, wie Sie ein Node.js Modul mit npm installieren.

[Code]

npm install express

[Result]

[email protected]

npm ist nicht nur ein Werkzeug zur Installation von Paketen, sondern auch ein Befehlszeilen-Client, der mit einem Online-Verzeichnis von öffentlichen und privaten Paketen, dem npm-Registry, interagiert. Pakete in der npm-Registry sind in der Regel Module oder Bibliotheken, die in Node.js-Anwendungen verwendet werden können. Die Installation eines Pakets wie Express, einem Framework für Webanwendungen, ermöglicht es Entwicklern, robuste Server zu erstellen. Express bietet Funktionen wie Routing, Middleware-Unterstützung und vieles mehr, was die Entwicklung von Webanwendungen vereinfacht.

[Trivia]

Express ist eines der am häufigsten verwendeten Frameworks in der Node.js-Community und dient als Grundlage für viele andere beliebte Frameworks wie Sails.js und Kraken.js.4

5

Isomorphe Programmierung in Node.js

Node.js ermöglicht es, denselben JavaScript-Code sowohl auf dem Server als auch auf dem Client auszuführen.

Hier ist ein einfaches Beispiel für isomorphe Programmierung, bei dem ein Stück Code sowohl im Browser als auch auf einem Node.js-Server ausgeführt werden kann.

[Code]

// isomorphe.js

function calculateSum(a, b) {

return a + b;

}

// Node.js Umgebung

console.log('Berechnung auf dem Server:', calculateSum(5, 3));

} else {

// Browser Umgebung

console.log('Berechnung im Browser:', calculateSum(5, 3));

}

[Result]

Wenn im Browser ausgeführt: "Berechnung im Browser: 8"

Wenn auf einem Node.js-Server ausgeführt: "Berechnung auf dem Server: 8"

Isomorphe Programmierung bezieht sich darauf, dass der gleiche Code in verschiedenen Umgebungen (Server und Client) ohne Modifikationen ausgeführt werden kann. In diesem Beispiel ist calculateSum eine einfache Funktion, die Summe zweier Zahlen berechnet und je nach Ausführungsumgebung ein unterschiedliches Log produziert. Diese Flexibilität ermöglicht es Entwicklern, Wartungskosten zu reduzieren und die Konsistenz des Verhaltens über Plattformen hinweg zu gewährleisten.

[Trivia]

6

Vermeidung der Callback-Hölle

Callbacks sind essentiell in Node.js, können jedoch komplexe und schwer lesbare Code-Strukturen erzeugen.

Im folgenden Beispiel sehen wir, wie die Verschachtelung von Callbacks vermieden werden kann, indem Promises verwendet werden.

[Code]

function readFileContent(filename) {

return fs.readFile(filename, 'utf8');

}

readFileContent('example.txt')

.then(content => {

console.log('Dateiinhalt:', content);

})

.catch(error => {

console.error('Fehler beim Lesen der Datei:', error);

});

[Result]

Wenn die Datei existiert und lesbar ist: "Dateiinhalt: [Inhalt der Datei]"

Wenn ein Fehler auftritt: "Fehler beim Lesen der Datei: [Fehlermeldung]"

Promises bieten eine saubere und verständliche Alternative zu traditionellen Callbacks. Ein Promise repräsentiert das Ergebnis einer asynchronen Operation. Die Methoden .then() und .catch() erlauben es, auf Erfolg oder Fehler der Operation zu reagieren. Durch die Kettung dieser Methoden wird der Code linear und einfacher zu verstehen, was die Lesbarkeit verbessert und Fehleranfälligkeit reduziert.

[Trivia]

Die Verwendung von Promises wird in modernen JavaScript-Umgebungen bevorzugt, und Node.js unterstützt sie nativ seit Version 8.4

7

Promises und Async/Await in Node.js

Promises und Async/Await sind Konzepte in JavaScript, die helfen, asynchronen Code lesbarer und einfacher zu gestalten.

Das folgende Beispiel zeigt, wie Promises und Async/Await verwendet werden, um eine asynchrone Funktion in Node.js zu implementieren:

[Code]

function resolveAfter2Seconds() {

return new Promise(resolve => {

setTimeout(() => {

resolve('resolved');

}, 2000);

});

}

async function asyncCall() {

console.log('calling');

console.log(result);

}

asyncCall();

[Result]

calling

resolved

In diesem Beispiel definiert resolveAfter2Seconds eine Funktion, die eine Promise zurückgibt, die sich nach zwei Sekunden auflöst. asyncCall ist eine asynchrone Funktion, die await verwendet, um auf die Auflösung der Promise zu warten, bevor sie fortfährt. Das await-Schlüsselwort kann nur innerhalb einer async-Funktion verwendet werden. Der Vorteil von Async/Await liegt in der besseren Lesbarkeit und Handhabbarkeit des Codes, verglichen mit der traditionellen Callback-Funktionen.

[Trivia]

Promises sind Objekte, die das Ergebnis eines asynchronen Vorgangs repräsentieren. Ein Promise kann sich in einem von drei Zuständen befinden: pending (anhängig), fulfilled (erfüllt) oder rejected (abgelehnt). Async/Await ist eine syntaktische Erweiterung, die es erlaubt, asynchronen Code so zu schreiben, als ob er synchron wäre, wodurch der Code einfacher zu verstehen und zu warten ist.

8

ESModules in Node.js

Ab Node.js Version 12 werden ESModules unterstützt, die eine modernere Syntax für das Importieren und Exportieren von Modulen verwenden.

Das Beispiel zeigt, wie man mit ESModules in Node.js arbeitet, indem man import und export verwendet:

[Code]

// file: mathUtils.js

export function add(x, y) {

return x + y;

}

// file: app.js

import { add } from './mathUtils.js';

console.log(add(3, 2));

[Result]

5

In diesem Beispiel wird in der Datei mathUtils.js eine Funktion add definiert und exportiert. In der Datei app.js wird diese Funktion dann importiert und verwendet. Der import- und export-Syntax ist ein Teil der ESModules und bietet eine klarere und striktere Methode zur Handhabung von Abhängigkeiten im Vergleich zum älteren CommonJS-Format (require und module.exports). ESModules erlauben statische Analyse und können daher zu einer besseren Leistung und einfacheren Optimierungen durch Tools führen.

[Trivia]

ESModules bieten auch dynamische Importe an, die es erlauben, Module dynamisch zu laden, abhängig von Bedingungen zur Laufzeit. Dies kann nützlich sein für Code-Splitting, was die Anwendungsperformance verbessert, indem nur der benötigte Code geladen wird.4

9

Der Event Loop in Node.js

Der Event Loop ist ein wichtiger Bestandteil von Node.js, der es ermöglicht, asynchrone Operationen effizient zu verwalten.

Hier sehen wir ein einfaches Beispiel, wie der Event Loop in Node.js funktioniert.

[Code]

console.log('Start');

setTimeout(() => {

console.log('Timer 1 abgelaufen');

}, 3000);

console.log('Ende');

[Result]

Start

Ende

Timer 1 abgelaufen

In diesem Beispiel sehen wir, wie Node.js nicht-blockierende Operationen handhabt. Zuerst wird 'Start' gedruckt. Dann wird setTimeout aufgerufen, das eine Funktion verzögert ausführt, während der Hauptthread mit dem Drucken von 'Ende' fortfährt. Erst nachdem alle synchronen Operationen abgeschlossen sind und die vorgegebene Zeit (hier 3000 Millisekunden) vergangen ist, wird 'Timer 1 abgelaufen' gedruckt. Dies zeigt, wie der Event Loop arbeitet: Er ermöglicht es Node.js, andere Aufgaben fortzusetzen, während es auf das Ende zeitintensiver oder verzögerter Operationen wartet.

[Trivia]

Der Event Loop verwendet eine Queue, in der alle Events gespeichert werden. Die Loop arbeitet alle registrierten Events der Reihe nach ab. Wichtige Komponenten des Loops sind 'Timers', 'IO Callbacks', 'Idle, Prepare', 'Poll', 'Check', 'Close Callbacks', und 'Microtask Queue'.

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Node.js Streams

Streams in Node.js sind Objekte, die es ermöglichen, Daten in kontinuierlichen Chunks zu lesen oder zu schreiben.

Im folgenden Beispiel wird gezeigt, wie ein lesbarer Stream in Node.js verwendet wird, um eine Datei schrittweise zu lesen.

[Code]

// Erstellen eines lesbarer Stream

readableStream.on('data', (chunk) => {

console.log(`Received ${chunk.length} bytes of data.`);

});

readableStream.on('end', () => {

console.log('There are no more data to read.');

});

[Result]

Received 1024 bytes of data.

There are no more data to read.

Streams sind besonders nützlich, um große Datenmengen effizient zu verarbeiten, da sie den Speicherbedarf minimieren, indem sie Daten in kleinen Teilen (Chunks) verarbeiten, anstatt alles auf einmal im Speicher zu halten. Dieses Beispiel zeigt den data Event, der ausgelöst wird, sobald Daten zum Lesen verfügbar sind. Der end Event signalisiert das Ende des Datenstroms. Der highWaterMark-Option legt fest, wie groß jeder Datenchunk maximal sein soll.

[Trivia]

Streams können in vier Typen klassifiziert werden: lesbar, schreibbar, Duplex (sowohl lesbar als auch schreibbar) und Transform (ein Duplex-Stream, der die Daten transformiert, während sie durchgelassen werden).

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Error-First Callbacks

Konvention in Node.js, bei der der erste Parameter eines Callbacks immer ein Fehlerobjekt ist.

Das folgende Beispiel zeigt die Anwendung von Error-First Callbacks in Node.js.

[Code]

fs.readFile('./example.txt', (error, data) => {

if (error) {

return console.error(`An error occurred: ${error.message}`);

}

console.log(`File content: ${data}`);

});

[Result]