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Node.js代码的组织和部署

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有经验的C程序员在编写一个新程序时首先从make文件写起。同样的,使用NodeJS编写程序前,为了有个良好的开端,首先需要准备好代码的目录结构和部署方式,就如同修房子要先搭脚手架。本章将介绍与之相关的各种知识。

模块路径解析规则

我们已经知道,require函数支持斜杠(/)或盘符(C:)开头的绝对路径,也支持./开头的相对路径。但这两种路径在模块之间建立了强耦合关系,一旦某个模块文件的存放位置需要变更,使用该模块的其它模块的代码也需要跟着调整,变得牵一发动全身。因此,require函数支持第三种形式的路径,写法类似于foo/bar,并依次按照以下规则解析路径,直到找到模块位置。

内置模块

如果传递给require函数的是NodeJS内置模块名称,不做路径解析,直接返回内部模块的导出对象,例如require('fs')。

node_modules目录

NodeJS定义了一个特殊的node_modules目录用于存放模块。例如某个模块的绝对路径是/home/user/hello.js,在该模块中使用require('foo/bar')方式加载模块时,则NodeJS依次尝试使用以下路径。


 /home/user/node_modules/foo/bar
 /home/node_modules/foo/bar
 /node_modules/foo/bar

NODE_PATH环境变量

与PATH环境变量类似,NodeJS允许通过NODE_PATH环境变量来指定额外的模块搜索路径。NODE_PATH环境变量中包含一到多个目录路径,路径之间在Linux下使用:分隔,在Windows下使用;分隔。例如定义了以下NODE_PATH环境变量:


 NODE_PATH=/home/user/lib:/home/lib

当使用require('foo/bar')的方式加载模块时,则NodeJS依次尝试以下路径。


 /home/user/lib/foo/bar
 /home/lib/foo/bar

包(package)

我们已经知道了JS模块的基本单位是单个JS文件,但复杂些的模块往往由多个子模块组成。为了便于管理和使用,我们可以把由多个子模块组成的大模块称做包,并把所有子模块放在同一个目录里。

在组成一个包的所有子模块中,需要有一个入口模块,入口模块的导出对象被作为包的导出对象。例如有以下目录结构。


- /home/user/lib/
    - cat/
        head.js
        body.js
        main.js

其中cat目录定义了一个包,其中包含了3个子模块。main.js作为入口模块,其内容如下:


var head = require('./head');
var body = require('./body');

exports.create = function (name) {
    return {
        name: name,
        head: head.create(),
        body: body.create()
    };
};

在其它模块里使用包的时候,需要加载包的入口模块。接着上例,使用require('/home/user/lib/cat/main')能达到目的,但是入口模块名称出现在路径里看上去不是个好主意。因此我们需要做点额外的工作,让包使用起来更像是单个模块。

index.js

当模块的文件名是index.js,加载模块时可以使用模块所在目录的路径代替模块文件路径,因此接着上例,以下两条语句等价。


var cat = require('/home/user/lib/cat');
var cat = require('/home/user/lib/cat/index');

这样处理后,就只需要把包目录路径传递给require函数,感觉上整个目录被当作单个模块使用,更有整体感。

package.json

如果想自定义入口模块的文件名和存放位置,就需要在包目录下包含一个package.json文件,并在其中指定入口模块的路径。上例中的cat模块可以重构如下。


- /home/user/lib/
    - cat/
        + doc/
        - lib/
            head.js
            body.js
            main.js
        + tests/
        package.json

其中package.json内容如下。


{
    "name": "cat",
    "main": "./lib/main.js"
}

如此一来,就同样可以使用require('/home/user/lib/cat')的方式加载模块。NodeJS会根据包目录下的package.json找到入口模块所在位置。

命令行程序

使用NodeJS编写的东西,要么是一个包,要么是一个命令行程序,而前者最终也会用于开发后者。因此我们在部署代码时需要一些技巧,让用户觉得自己是在使用一个命令行程序。

例如我们用NodeJS写了个程序,可以把命令行参数原样打印出来。该程序很简单,在主模块内实现了所有功能。并且写好后,我们把该程序部署在/home/user/bin/node-echo.js这个位置。为了在任何目录下都能运行该程序,我们需要使用以下终端命令。


$ node /home/user/bin/node-echo.js Hello World
Hello World

这种使用方式看起来不怎么像是一个命令行程序,下边的才是我们期望的方式。


$ node-echo Hello World

Linux

在Linux系统下,我们可以把JS文件当作shell脚本来运行,从而达到上述目的,具体步骤如下:

在shell脚本中,可以通过#!注释来指定当前脚本使用的解析器。所以我们首先在node-echo.js文件顶部增加以下一行注释,表明当前脚本使用NodeJS解析。


 #! /usr/bin/env node

NodeJS会忽略掉位于JS模块首行的#!注释,不必担心这行注释是非法语句。

然后,我们使用以下命令赋予node-echo.js文件执行权限。


 $ chmod +x /home/user/bin/node-echo.js

最后,我们在PATH环境变量中指定的某个目录下,例如在/usr/local/bin下边创建一个软链文件,文件名与我们希望使用的终端命令同名,命令如下:


 $ sudo ln -s /home/user/bin/node-echo.js /usr/local/bin/node-echo

这样处理后,我们就可以在任何目录下使用node-echo命令了。

Windows

在Windows系统下的做法完全不同,我们得靠.cmd文件来解决问题。假设node-echo.js存放在C:\Users\user\bin目录,并且该目录已经添加到PATH环境变量里了。接下来需要在该目录下新建一个名为node-echo.cmd的文件,文件内容如下:


@node "C:\User\user\bin\node-echo.js" %*

这样处理后,我们就可以在任何目录下使用node-echo命令了。

工程目录

了解了以上知识后,现在我们可以来完整地规划一个工程目录了。以编写一个命令行程序为例,一般我们会同时提供命令行模式和API模式两种使用方式,并且我们会借助三方包来编写代码。除了代码外,一个完整的程序也应该有自己的文档和测试用例。因此,一个标准的工程目录都看起来像下边这样。


- /home/user/workspace/node-echo/   # 工程目录
    - bin/                          # 存放命令行相关代码
        node-echo
    + doc/                          # 存放文档
    - lib/                          # 存放API相关代码
        echo.js
    - node_modules/                 # 存放三方包
        + argv/
    + tests/                        # 存放测试用例
    package.json                    # 元数据文件
    README.md                       # 说明文件

其中部分文件内容如下:


/* bin/node-echo */
var argv = require('argv'),
    echo = require('../lib/echo');
console.log(echo(argv.join(' ')));

/* lib/echo.js */
module.exports = function (message) {
    return message;
};

/* package.json */
{
    "name": "node-echo",
    "main": "./lib/echo.js"
}

以上例子中分类存放了不同类型的文件,并通过node_moudles目录直接使用三方包名加载模块。此外,定义了package.json之后,node-echo目录也可被当作一个包来使用。

NPM

NPM是随同NodeJS一起安装的包管理工具,能解决NodeJS代码部署上的很多问题,常见的使用场景有以下几种:

允许用户从NPM服务器下载别人编写的三方包到本地使用。

允许用户从NPM服务器下载并安装别人编写的命令行程序到本地使用。

允许用户将自己编写的包或命令行程序上传到NPM服务器供别人使用。

可以看到,NPM建立了一个NodeJS生态圈,NodeJS开发者和用户可以在里边互通有无。以下分别介绍这三种场景下怎样使用NPM。

下载三方包

需要使用三方包时,首先得知道有哪些包可用。虽然npmjs.org提供了个搜索框可以根据包名来搜索,但如果连想使用的三方包的名字都不确定的话,就请百度一下吧。知道了包名后,比如上边例子中的argv,就可以在工程目录下打开终端,使用以下命令来下载三方包。


$ npm install argv
...
argv@0.0.2 node_modules\argv

下载好之后,argv包就放在了工程目录下的node_modules目录中,因此在代码中只需要通过require('argv')的方式就好,无需指定三方包路径。

以上命令默认下载最新版三方包,如果想要下载指定版本的话,可以在包名后边加上@,例如通过以下命令可下载0.0.1版的argv。


$ npm install argv@0.0.1
...
argv@0.0.1 node_modules\argv

如果使用到的三方包比较多,在终端下一个包一条命令地安装未免太人肉了。因此NPM对package.json的字段做了扩展,允许在其中申明三方包依赖。因此,上边例子中的package.json可以改写如下:


{
    "name": "node-echo",
    "main": "./lib/echo.js",
    "dependencies": {
        "argv": "0.0.2"
    }
}

这样处理后,在工程目录下就可以使用npm install命令批量安装三方包了。更重要的是,当以后node-echo也上传到了NPM服务器,别人下载这个包时,NPM会根据包中申明的三方包依赖自动下载进一步依赖的三方包。例如,使用npm install node-echo命令时,NPM会自动创建以下目录结构。


- project/
    - node_modules/
        - node-echo/
            - node_modules/
                + argv/
            ...
    ...

如此一来,用户只需关心自己直接使用的三方包,不需要自己去解决所有包的依赖关系。

安装命令行程序

从NPM服务上下载安装一个命令行程序的方法与三方包类似。例如上例中的node-echo提供了命令行使用方式,只要node-echo自己配置好了相关的package.json字段,对于用户而言,只需要使用以下命令安装程序。


$ npm install node-echo -g

参数中的-g表示全局安装,因此node-echo会默认安装到以下位置,并且NPM会自动创建好Linux系统下需要的软链文件或Windows系统下需要的.cmd文件。


- /usr/local/               # Linux系统下
    - lib/node_modules/
        + node-echo/
        ...
    - bin/
        node-echo
        ...
    ...

- %APPDATA%\npm\            # Windows系统下
    - node_modules\
        + node-echo\
        ...
    node-echo.cmd
    ...

发布代码

第一次使用NPM发布代码前需要注册一个账号。终端下运行npm adduser,之后按照提示做即可。账号搞定后,接着我们需要编辑package.json文件,加入NPM必需的字段。接着上边node-echo的例子,package.json里必要的字段如下。


{
    "name": "node-echo",           # 包名,在NPM服务器上须要保持唯一
    "version": "1.0.0",            # 当前版本号
    "dependencies": {              # 三方包依赖,需要指定包名和版本号
        "argv": "0.0.2"
      },
    "main": "./lib/echo.js",       # 入口模块位置
    "bin" : {
        "node-echo": "./bin/node-echo"      # 命令行程序名和主模块位置
    }
}

之后,我们就可以在package.json所在目录下运行npm publish发布代码了。

版本号

使用NPM下载和发布代码时都会接触到版本号。NPM使用语义版本号来管理代码,这里简单介绍一下。

语义版本号分为X.Y.Z三位,分别代表主版本号、次版本号和补丁版本号。当代码变更时,版本号按以下原则更新。

  • 如果只是修复bug,需要更新Z位。

  • 如果是新增了功能,但是向下兼容,需要更新Y位。

  • 如果有大变动,向下不兼容,需要更新X位。
    版本号有了这个保证后,在申明三方包依赖时,除了可依赖于一个固定版本号外,还可依赖于某个范围的版本号。例如"argv": "0.0.x"表示依赖于0.0.x系列的最新版argv。NPM支持的所有版本号范围指定方式可以查看官方文档。

灵机一点

除了本章介绍的部分外,NPM还提供了很多功能,package.json里也有很多其它有用的字段。除了可以在npmjs.org/doc/查看官方文档外,这里再介绍一些NPM常用命令。

NPM提供了很多命令,例如install和publish,使用npm help可查看所有命令。

  • 使用npm help 可查看某条命令的详细帮助,例如npm help install。

  • 在package.json所在目录下使用npm install . -g可先在本地安装当前命令行程序,可用于发布前的本地测试。

  • 使用npm update 可以把当前目录下node_modules子目录里边的对应模块更新至最新版本。

  • 使用npm update -g可以把全局安装的对应命令行程序更新至最新版。

  • 使用npm cache clear可以清空NPM本地缓存,用于对付使用相同版本号发布新版本代码的人。

  • 使用npm unpublish @可以撤销发布自己发布过的某个版本代码。

小结

本章介绍了使用NodeJS编写代码前需要做的准备工作,总结起来有以下几点:

  • 编写代码前先规划好目录结构,才能做到有条不紊。

  • 稍大些的程序可以将代码拆分为多个模块管理,更大些的程序可以使用包来组织模块。

  • 合理使用node_modules和NODE_PATH来解耦包的使用方式和物理路径。

  • 使用NPM加入NodeJS生态圈互通有无。

  • 想到了心仪的包名时请提前在NPM上抢注。

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