Node.js چیست و چه کاربردی دارد؟

در حال حاضر جاوا اسکریپت (Javascript) یکی از محبوب‌ترین و بهترین زبان‌های برنامه نویسی به حساب می‌آید و میلیون‌ها وب‌سایت از این زبان محبوب برای ایجاد تعامل با کاربران خود استفاده می‌کنند. همچنین جاوا اسکریپت فقط به توسعه و برنامه نویسی وب محدود نمی‌شود و در حال حاضر طیف وسیعی از برنامه‌نویسان از این زبان در کاربردهای مختلفی استفاده می‌کنند. عمده کاربردهای جاوا اسکریپت به لطف فریمورک‌ها و ابزارهایی است که برای این زبان در دسترس هستند.

نود جی اس (Node.js) یکی از محبوب‌ترین محیط‌های زمان اجرای جاوا اسکریپت برای توسعه بک‌اند به حساب می‌آید. اما به بیان دقیق‌تر و جامع‌تر Node.js چیست و چه کاربردی دارد؟

در این مقاله آموزشی از وبلاگ هوشمند تبیان اطلاعات کاملی در رابطه با اینکه Node.js چیست ارائه شده است و کاربردها، مزایا و معایب آن مورد بررسی قرار گرفته‌ است.

 

Node.js چیست؟

Node.js در واقع نوعی محیط اجرای تک‌ رشته‌ای، منبع باز و چند‌سکویی (Cross Platform) است که از آن برای ساخت برنامه‌های کاربردی شبکه و سمت سرور استفاده می‌شود. برنامه‌های ساخته شده با Node.js بسیار سریع و مقیاس‌پذیر هستند. Node.js بر روی موتور جاوا اسکریپت V8 اجرا می‌شود و برای کاربردهای آنی گزینه بسیار مناسبی به حساب می‌آید. در ادامه این مقاله پاسخ کامل و جامعی برای سوال Node.js چیست ارائه خواهد شد.

در پاسخی ساده به این سوال که نود جی اس چیست می‌توان گفت Node.js نوعی محیط اجرا و کتابخانه چند پلتفرمی منبع آزاد جاوا اسکریپت برای توسعه بک‌اند به حساب می‌آید که هدف اصلی آن بیشتر اجرای برنامه‌های وب، خارج از مرورگر و دستگاه مشتری (برنامه نویسی سمت سرور) است. Node.js در سال 2009 توسط «رایان دال (Ryan Dahl) » توسعه یافت و نسخه آخر آن، یعنی نسخه 15.14 در سال 1400 منتشر شد.

نود جی اس را بیشتر به عنوان پلتفرمی برای ساخت و توسعه برنامه‌های سمت سرور می‌شناسند و به صورت کلی برای برنامه نویسی سمت سرور از آن استفاده می‌شود. این پلتفرم برای توسعه برنامه‌های فشرده و سنگین مناسب است، زیرا از رویداد ناهمزمانی در برنامه نویسی بهره می‌برد و همان‌طور که گفته شد، برای کاربردهای آنی در توسعه وب بسیار مناسب است.

 

Node.js  فریم ورک نیست!

قبل از اینکه بدانیم Node.js چیست بهتر است درباره این صحبت کنیم که نود جی اس چه چیزهایی نیست. نود جی اس یک فریم ورک جاوا اسکریپت نیست. فریم ورک به مجموعه ­ای از کتابخانه‌ها و استانداردها گفته می‌شود که کار با یک زبان خاص را آسان‌تر کرده و مانع انجام کارهای تکراری و یکنواخت توسط برنامه نویس می‌شوند.

فریم ورک‌های زیادی با زبان جاوا اسکریپت طراحی شده اند و در بخش‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. برخی از کتابخانه‌ها و فریم ورک‌های معروف جاوا اسکریپت عبارتند از:  Angular ،React ،Meteor.js ،Vue.js  و غیره. استفاده از این فریم ورک‌ها تا حد زیادی کارایی و امنیت محصول ما را بالا برده و درمقابل هزینه‌ها را هم کاهش می‌دهد. پس دقت داشته باشید که Node.js فریم ورک نبوده و تعریف دقیق آن”محیط اجرایی” یا “run-time environment” می‌باشد.

در واقع نود جی اس کمی فراتر از فریم ورک رفته و دامنه کاربردهای آن کمی بیشتر از فریم ورک می‌باشد. Node.js محدود به برنامه‌های تحت وب نبوده و می‌توان از آن در ساخت میکروکنترلرها، Rest API ها، بسته‌های سیستم عامل، رباتیک و حتی در مراحل پیشرفته در ساخت برنامه برای هواپیمای بدون سرنشین نیز استفاده کرد.

 

آیا Node.js یک زبان برنامه نویسی است؟

در پاسخی کوتاه باید گفت خیر؛ مهم‌ترین پاسخ در رابطه با این سوال که Node.js چیست باید گفت در واقع نود جی اس نوعی زبان برنامه نویسی به حساب نمی‌آید و در واقع نوعی محیط اجرا است که به کاربر اجازه استفاده از جاوا اسکریپت در خارج از مرورگر و سمت سرور را می‌دهد. همچنین Node.js فریمورک یا چارچوب هم به حساب نمی‌آید ولی کاربران و توسعه‌دهندگان عادت کرده‌اند که به آن فریمورک بگویند، در حالی Node.js محیطی است که به اجرای فریمورک‌ها کمک می‌کند. به صورت کلی می‌توان گفت که Node.js نه زبان برنامه نویسی است و نه فریمورک، بلکه محیطی برای اجرای آن‌ها به حساب می‌آید.

 

 

نود جی اس در بک‌ اند استفاده می‌شود یا در فرانت‌ اند؟

یکی از تصورات رایج و غلطی که در مورد Node.js چیست وجود دارد این است که این محیط فقط برای کاربردهای بک‌اند قابلیت استفاده دارد؛ در حالی که این محیط هم برای بک‌اند و هم برای فرانت‌اند مورد استفاده قرار می‌گیرد.

همان‌طور که گفته شد، ماهیت مقیاس‌پذیری و انعطاف‌پذیری این محیط به علت رویداد محور بودن و خاصیت غیر مسدود کنندگی، انتخاب خوبی برای توسعه‌دهنده بک‌اند (Back-End Developer) است. ولی با این‌حال، نود جی اس برای توسعه‌دهنده فرانت‌اند (Front-End Developer)  نیز ویژگی‌ها و مزایای خاص خودش را دارد. برخی از مزایای Node.js در بخش بک‌اند و فرانت‌اند به صورت فهرست زیر است:

 

قابلیت استفاده مجدد:

جاوا اسکریپت نوعی زبان برنامه نویسی است که هم در بک‌اند و هم در فرانت‌اند توسط فریمورک‌هایی مانند «Meteor.js» مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این میان، بعضی از Stack های محبوب مانند «MERN» از Express.js به عنوان نوعی چارچوب بک‌اند استفاده می شوند. همچنین چندین (کامپوننت «Component») را می‌توان به صورت مشترک فرانت‌اند و بک‌اند استفاده کرد.

 

بهره‌وری و کارایی:

با توجه به قابلیت کاهش تغییر متن بین زبان‌های مختلف با استفاده از Node.js، در زمان و هزینه توسعه‌دهندگان صرفه‌جویی قابل‌توجهی اتفاق می‌افتد، از این رو قابلیت استفاده همزمان نود جی اس در بک‌اند و فرانت‌اند موجب افزایش کارایی و بهره‌وری می‌شود، زیرا ابزارهای زیادی برای هر دو مشترک هستند.

 

انجمن پشتیبانی بزرگ:

جامعه آنلاین و انجمن پشتیبانی بزرگ، باعث رشد و رونق چرخه توسعه می‌شود. این قابلیت برای نود جی اس به خوبی خودش را نشان داده است و هم‌اکنون جامعه پشتیبان و فعالی برای آن وجود دارد.

 

نود جی اس با چه زبانی نوشته شده است؟

ممکن است برای کاربران این سوال به ­وجود بیاید که زبان اصلی محیط زمان اجرای توسعه Node.js چیست. نود جی اس به زبان‌هایC ،C++ ‎ و جاوا اسکریپت نوشته شده است. همچنین منبع ویکی‌پدیای انگلیسی، Node.js را جزئی از موتور جاوا اسکریپت V8 گوگل، لایه انتزاعی پلتفرم «libuv» و همچنین نوعی کتابخانه هسته تعریف می‌کند که عمده این‌ها با جاوا اسکریپت نوشته ‌شده‌اند.

 

 

نحوه کار Node.js چگونه است؟

تا اینجا توضیح داده شد که Node.js چیست و با چه زبان‌هایی نوشته شده است. در این بخش نحوه کار Node.js مورد بررسی قرار خواهد گرفت. Node.js در واقع از معماری «یک رشته چندین حلقه (Single Threaded Event Loop)» برای مدیریت همزمانی استفاده می‌کند. این یعنی نود جی اس روی یک رشته کار می‌کند و به آن اجازه خواهد داد هزاران حلقه رویداد همزمان را مدیریت کند.

برای مثال در زبان جاوا و در مدل‌های درخواست و پاسخ چند رشته‌ای، چندین دستگاه مشتری درخواستی را به سرور ارسال می‌کنند و قبل از اینکه پاسخی دریافت کنند، سرور هر کدام را پردازش می‌کند. رشته‌ها برای پردازش در «استخر نخ (Thread Pool)» تعریف می‌شوند و هر زمانی که درخواست جدیدی وارد شد، رشته‌ای مجزا برای رسیدگی به درخواست‌ها برای این کار اختصاص داده خواهد شد. Node.js کمی متفاوت از جاوا برای مدیریت همزمانی عمل خواهد کرد و نحوه عملکرد آن برای این کار به صورت مراحل زیر خواهد بود.

1. Node.js مجموعه رشته محدودی را برای ارائه درخواست‌ها حفظ می‌کند.
2. زمانی که درخواست جدیدی وجود داشته باشد، نود جی اس آن را در صف پردازش قرار می‌دهد.
3. حال نوبت «حلقه رویداد(Event loop)» است که این حلقه به طور نامحدود منتظر درخواست‌ها می‌ماند.
4. هنگامی که درخواست جدیدی وارد می‌شود، این حلقه آن را از صف انتخاب کرده و بررسی می‌کند که آیا نیاز به عملیات مسدود کردن «ورودی/خروجی(I/O)» وجود دارد یا خیر؟ در غیر این صورت، درخواست را پردازش کرده و پاسخی را ارسال می‌کند.
5. اگر درخواست ارسال شده نیاز به عملیات مسدودسازی داشته باشد، در این صورت حلقه رویداد مذکور رشته‌ای از «استخر نخ (Thread Pool) » داخلی را برای پردازش درخواست اختصاص می‌دهد.
6. حلقه رویداد درخواست‌های مسدود کردن را دنبال می‌کند و پس از پردازش کار مسدود کردن، آن‌ها را در صف قرار می‌دهد. با این کار، این حلقه ماهیت غیر انسدادی خود را حفظ می‌کند.

نکته مهم:  به دلیل اینکه Node.js از «نخ‌های(Thread)» کمتری استفاده می‌کند، در نتیجه به حافظه و منابع کمتری نیاز دارد و برنامه‌های ساخته شده با آن بسیار سریع‌تر خواهند بود. زمانی که نیاز به پردازش وظایف فشرده وجود داشته باشد، استفاده از زبان‌های چند رشته‌ای مانند جاوا بسیار منطقی‌تر است، اما برای برنامه‌های آنی، Node.js انتخاب بهتری به حساب می‌آید.

 

چرا باید از Node.js استفاده کنیم؟

بعد از اینکه متوجه شدیم Node.js چیست در این قسمت بررسی می کنیم که چرا باید از Node.js استفاده کنیم:

• js بازدهی و انعطاف بالایی دارد

نود در کنار V8 engine از زبان برنامه نویسی C++ استفاده کرده و سرعت بسیار بالایی دارد. هم V8 هم Node.js به صورت مرتب آپدیت شده و با قابلیت‌های جدید جاوا اسکریپت هماهنگ می‌شوند، همینطور بازدهی آنها بالاتر رفته و مشکلات امنیتی آنها نیز برطرف می‌شود. همچنین به دلیل استفاده از زبان جاوا اسکریپت انتقال فایل JSON (متداول‌ترین قالب انتقال داده در وب) به طور پیش فرض بسیار سریع خواهد بود.

• Node.js کراس پلتفرم است

پلتفرم ­هایی مثل Electron.js یا NW.js به شما اجازه می‌دهند با نود جی اس برنامه‌های دسکتاپ بسازید. به این ترتیب می‌توانید برخی از کدهای برنامه تحت وب خود را در محیط ویندوز، لینوکس و مک او اس استفاده کنید. در واقع به کمک Node.js، همان تیمی که روی نسخه وب محصول کار می‌کنند، بدون نیاز به دانش تخصصی در زبان‌های C# یا Objective C یا سایر زبان ­هایی که برای ساخت برنامه‌های Native به کار می‌روند، می‌توانند یک برنامه دسکتاپ بسازند.

• js می‌تواند با میکروسرویس‌ها ترکیب شود

اکثر پروژه‌های بزرگ در اول کار ساده بودند و در یک نسخه MVP معرفی شده بودند. اما به مرور زمان این سرویس‌ها بزرگتر شده و نیاز به اضافه کردن قابلیت‌های جدید در آنها حس می‌شد. گاهی وقت‌ها بزرگ شدن سرویس و اضافه کردن امکانات جدید به محصول می‌تواند برای تیم­های توسعه دهنده تبدیل به یک کابوس شود. اما یک راه­حل مناسب برای این مشکل استفاده از میکروسرویس است. میکروسرویس کمک می‌کند برنامه خود را به بخش‌های کوچک تقسیم کنید که هر بخش می‌تواند توسط تیم متفاوت و حتی زبانی متفاوت نوشته شود. نود جی اس در کار با میکروسرویس‌ها عملکرد بسیار خوبی دارد.

 

ویژگی‌های Node js چیست ؟

در این بخش به این مسئله پرداخته خواهد شد که مهم‌ترین ویژگی Node.js چیست و چه چیزی آن را از رقبایش متمایز می‌کند؟ ویژگی‌های زیادی وجود دارند که به Node.js ماهیت منحصر به فردی بخشیده‌اند که عمده این ویژگی‌ها در ادامه مورد بحث قرار خواهد گرفت. ابتدا هر یک از ويژگی‌های Node.js را فهرست می‌کنیم و سپس در زیربخش‌های جداگانه آن‌ها را بیشتر توضیح می‌دهیم.

• Node.js ناهمزمان و رویداد محور است.
• معماری Node.js تک رشته‌ای است.
• js محیط زمان اجرایی مقیاس‌پذیر به حساب می‌آید.
• اجرای کدها در نود جی اس با سرعت بالایی انجام می‌شود.
• Node.js با پلتفرم‌های مختلف سازگاری دارد.
• js مبتنی بر زبان قدرتمند جاوا اسکریپت است.
• پردازش داده‌ها در نود جی اس سرعت بالایی دارد.

قابلیت ناهمزمانی و رویداد محور بودن در Node.js

اولین و مهم‌ترین پاسخ در رابطه با این سوال که برجسته‌ترین ویژگی Node.js چیست را می‌توان ناهمزمانی و رویداد محور بودن آن دانست. این یعنی سرورهای توسعه داده شده با Node.js هرگز منتظر «API» نمی‌مانند و بدون اینکه انتظار داده‌های API را بکشند به صورت مستقیم به API بعدی منتقل می‌شوند. این یعنی تمامAPIهای Node.js ماهیتی کاملا غیرمسدود کننده دارند. نود جی اس همچنین به منظور ردیابی و دریافت پاسخ از درخواست‌های API قبلی که منتظر آن‌ها نمانده است از روش رویداد محور استفاده می‌کند و این هم یکی دیگر از دلایلی است که می‌توان گفت Node.js ماهیتی کاملا غیرمسدود کننده دارد.

 

معماری تک رشته‌ای در Node.js

بهره بردن از معماری تک رشته‌ای، نود جی اس را بسیار مقیاس‌پذیرتر می‌کند. این یعنی برخلاف سایر سرورهای توسعه داده شده با ابزارهای دیگر، در Node.js رشته‌های محدودی برای پردازش درخواست‌ها ایجاد می‌شود. همچنین به دلیل اینکه، سرورهای Node.js به صورت غیر مسدود کننده یا ناهمزمان به درخواست‌ها پاسخ می‌دهند، در نتیجه Node.js بسیار مقیاس‌پذیرتر می‌شود. همچنین در مقایسه با سرورهای سنتی (سرورهای HTTP Apache)، می‌توان گفت که نود جی اس تعداد بیشتری از درخواست‌ها را مدیریت می‌کند.

 

مقیاس پذیری بالای نود جی اس

نیاز به نرم‌افزارهای مقیاس‌پذیر امروزه بیش از هر زمان دیگری در شرکت‌ها و سازمان‌ها احساس می‌شود، که در حال حاضر Node.js یکی از بهترین ابزارهای موجود به حساب می‌آید. در نود جی اس درخواست‌های همزمان بسیار سریع پردازش می‌شوند.

همچنین در Node.js از ماژول «پردازش خوشه‌ای(Cluster Process)» برای مدیریت تعادل بار در تمام هسته‌های فعال CPU استفاده می‌شود. علاوه بر این، نود جی اس می‌تواند برنامه‌ها را به صورت افقی پارتیشن‌بندی کند که با استفاده از این ویژگی، نسخه‌های متفاوتی از برنامه در اختیار کاربران هدف قرار می‌گیرد. این ویژگی، اصل مقیاس‌پذیری و قابلیت سفارشی‌‌سازی را به دنبال دارد.

 

اجرای سریع کدها در  Node.js

همان‌طور که گفته شده در Node.js از موتور V8 جاوا اسکریپت استفاده می‌شود که این موتور در مرورگر گوگل کروم نیز تعبیه شده است. در هسته جاوا اسکریپت، «Wrapper» به عنوان ‌هاب در نظر گرفته شده و به همین دلیل موتور جاوا اسکریپت بسیار سریع است. در نتیجه می‌توان به دلایل بیان شده گفت که در Node.js فرایند رسیدگی به درخواست‌ها نیز سریع‌تر انجام می‌شود. اصطلاح Wrapper به برنامه‌ها یا کدهایی گفته می‌شود که دربرگیرنده سایر اجزای برنامه هستند.

 

سازگاری با پلتفرم های مختلف در Node.js

یکی از ویژگی‌های برجسته دیگر نود جی اس، سازگاری آن با پلتفرم‌های مختلف است. انواع پلتفرم‌های فعال حال حاضر دنیا مانند سیستم عامل ویندوز، یونیکس، لینوکس، مک و سایر دستگاه‌های تلفن همراه می‌توانند از Node.js استفاده کنند و این قابلیت بیش‌ از پیش به محبوبیت Node.js افزوده است.

 

نود جی اس محیط زمان اجرای مبتنی بر جاوا اسکریپت

از دیدگاه برنامه‌نویسان و توسعه‌دهندگان این ویژگی بسیار حائز اهمیت است، زیرا اکثر توسعه‌دهندگان با جاوا اسکریپت آشنا هستند و از آن در سطح وسیعی برای برنامه نویسی سمت کلاینت استفاده می‌کنند، بنابراین یادگیری Node.js برای آن‌ها بسیار آسان‌تر است.

 

پردازش سریع داده ­ها در Node.js

زمان لازم برای پردازش داده‌ها در جریان‌های مختلف، بسیار قابل توجه و زیاد به حساب می‌آید و این ایراد در نود جی اس به خوبی برطرف شده است. صرفه‌جویی در پردازش داده‌ها و انجام سریع این فرایند یکی از ویژگی‌های برتر Node.js به حساب می‌آید که آن را برای توسعه برنامه‌های سنگین و داده محور مبتنی بر وب به ابزاری بسیار کارآمد تبدیل کرده است. به صورت کلی Node.js در زمان پردازش و بارگذاری صرفه‌جویی می‌کند، زیرا فایل‌ها به طور همزمان به وسیله Node.js پردازش و آپلود می‌شوند.

 

 

Node.js  چه کاربردهایی دارد؟

تا اینجا توضیح داده شد که Node.js چیست و چرا باید از Node.js استفاده کرد. در ادامه با کاربردهای Node.js آشنا خواهید شد:

• ساخت برنامه‌های تک صفحه ای (SPA)

SPA  مخفف single-page app بوده و به برنامه هایی گفته می‌شود که تمام بخش‌های آن در یک صفحه پیاده­سازی می‌شود. از SPA بیشتر برای ساخت شبکه‌های اجتماعی، سرویس‌های ایمیل، سایت‌های اشتراک ویدئو و غیره استفاده می‌شود. یکی از معروف‌ترین سایت هایی که به این شکل ساخته شده است، سرویس اشتراک ویدئو یوتیوب است. از آنجایی که Node.js از برنامه نویسی نامتقارن یا asynchronous به خوبی پشتیبانی می‌کند، برای ساخت برنامه‌های SPA انتخاب خوبی به حساب می‌آید.

• ساخت برنامه‌های RTA

RTA  مخفف real-time app می‌باشد. یعنی برنامه هایی که به صورت لحظه ای دارای تغییرات مختلفی هستند. به احتمال زیاد قبلا با این نوع برنامه‌ها کار کرده اید. برای مثال Google Sheets، Spreadsheets  یا Slack از این دست برنامه‌ها هستند. در کل برنامه‌های تعاملی، ابزارهای مدیریت پروژه، کنفرانس‌های ویدئویی و صوتی و سایر برنامه‌های RTA عملیات‌های سنگین ورودی/خروجی انجام می‌دهند.

• ساخت چت روم

یکی از معروف‌ترین نمونه‌های برنامه RTA چت روم‌ها و پیام­رسان‌ها هستند. احتمالا روزانه از پیام­رسان و چت­روم‌های مختلف استفاده می‌کنید و دوست دارید یک چت­روم برای خودتان بسازید. در واقع نود جی اس یک انتخاب عالی برای این کار است. اگر قصد ساخت چنین محصولی را دارید، باید به موارد مختلفی مثل تحمل ترافیک زیاد کاربران، سبک بودن محصول، سرعت بالای ارسال پیام‌ها وغیره توجه داشته باشید. تمام این موارد به کمک Node.js و یک فریم ورک جاوا اسکریپت مثل Express.js در سمت سرور قابل پیاده سازی است.

• ساخت بازی‌های آنلاین تحت مرورگر وب

ایده ساخت چت­روم جذاب است، اما جذابیت آن زمانی بیشتر می‌شود که یک بازی هم برای مرورگر وب بنویسید و کنار آن بازی یک چت­ روم هم ارائه کنید. به کمک نود جی اس می‌توان به توسعه بازی تحت وب پرداخت. درواقع با ترکیب تکنولوژی‌های HTML5 و ابزارهای جاوا اسکریپت (مثل Express.js یا Socket.io یا غیره) می‌توانید بازی‌های دوبعدی جذابی مثل Ancient Beast یا PaintWar بسازید.

 

جمع بندی

یکی از سوالات متداول حوزه برنامه نویسی این است که Node.js چیست و چه کاربردهایی دارد؟ وقتی از برنامه نویسی سمت سرور صحبت می‌کنیم، احتمالا اولین چیزی که به ذهنتان می‌رسد PHP است، بعد هم احتمالا ذهنتان به سمت مایکروسافت و تکنولوژی ASP.Net می‌رود. اما جاوا اسکریپت هم با معرفی Node.js و امکانات قابل قبول در حوزه برنامه نویسی سمت سرور ورود کرد. در این مقاله آموزشی اطلاعات کاملی در رابطه با اینکه Node.js چیست ارائه شد و کاربردها، مزایا و معایب آن مورد بررسی قرار گرفت.  نود جی اس یک محیط اجرایی رایگان برای زبان جاوا اسکریپت است که کارهای متنوعی انجام می‌دهد.

Node.js رایگان است، یک جامعه بزرگ از برنامه نویسان پشت آن قرار دارند و یک پکیج منیجر بسیار قدرتمند به نام NPM یا Node Package Manager برای آن ساخته شده که نزدیک به نیم میلیون پکیج در آن قرار دارد. اگر تجربه ه­ایی از کار با Node.js دارید خوشحال می‌شویم با ما و کاربران هوشمند تبیان به اشتراک بگذارید.