30、Node.js 开发实用指南与对象属性配置解析

最新推荐文章于 2025-09-17 18:23:04 发布

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分类专栏： JavaScript精髓与实践技巧文章标签： Node.js 文件系统操作 process对象

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Node.js 开发实用指南与对象属性配置解析

1. Node.js 文件系统操作

在 Node.js 里，文件系统操作存在同步和异步两种版本。同步版本借助异常处理错误，为让示例更健壮，可将其包裹于 try/catch 块中。例如：

try {
    fs.writeFileSync(path.join(__dirname, 'hello.txt'), 'hello from Node!');
} catch(err) {
    console.error('Error writing file.');
}

同步文件系统函数使用起来较为简便，但在编写 Web 服务器或网络应用时，要牢记 Node 的性能源于异步执行，此时应始终使用异步版本。若编写命令行工具，使用同步版本通常没问题。

可运用 fs.readdir 列出目录中的文件，示例代码如下：

const fs = require('fs');
fs.readdir(__dirname, function(err, files) {
    if(err) return console.error('Unable to read directory contents');
    console.log(`Contents of ${__dirname}:`);
    console.log(files.map(f => '\t' + f).join('\n'));
});

fs 模块还包含诸多文件系统函数，如下表所示：
| 功能 | 函数 |
| ---- | ---- |
| 删除文件 | fs.unlink |
| 移动或重命名文件 | fs.rename |
| 获取文件和目录信息 | fs.stat |

2. Process 对象的使用

每个运行的 Node 程序都能访问 process 变量，借此获取自身执行信息并加以控制。

2.1 退出程序

若应用遭遇严重错误，不适宜或无意义继续执行（即致命错误），可调用 process.exit 立即停止执行，还能提供数字退出码，脚本会依据此码判断程序是否成功退出。惯例上，退出码 0 表示“无错误”，非零退出码表示有错误。示例如下：

const fs = require('fs');
fs.readdir('data', function(err, files) {
    if(err) {
        console.error("Fatal error: couldn't read data directory.");
        process.exit(1);
    }
    const txtFiles = files.filter(f => /\.txt$/i.test(f));
    if(txtFiles.length === 0) {
        console.log("No .txt files to process.");
        process.exit(0);
    }
    // process .txt files...
});

2.2 命令行参数

process.argv 数组包含传递给程序的命令行参数。例如，编写一个统计文件行数的程序：

const fs = require('fs');
const filenames = process.argv.slice(2);
let counts = filenames.map(f => {
    try {
        const data = fs.readFileSync(f, { encoding: 'utf8' });
        return `${f}: ${data.split('\n').length}`;
    } catch(err) {
        return `${f}: couldn't read file`;
    }
});
console.log(counts.join('\n'));

2.3 环境变量

通过 process.env 对象可访问环境变量，环境变量常用于配置程序的某些行为。例如，使用 DEBUG 环境变量控制程序是否输出调试信息：

const debug = process.env.DEBUG === "1" ?
    console.log :
    function() {};
debug("Visible only if environment variable DEBUG is set!");

2.4 当前工作目录

process.cwd 能告知当前工作目录， process.chdir 可更改当前工作目录。示例如下：

console.log(`Current directory: ${process.cwd()}`);
process.chdir(__dirname);
console.log(`New current directory: ${process.cwd()}`);

3. 操作系统信息获取

os 模块可提供运行应用的计算机的特定平台信息，示例代码如下：

const os = require('os');
console.log("Hostname: " + os.hostname());          // prometheus
console.log("OS type: " + os.type());               // Linux
console.log("OS platform: " + os.platform());       // linux
console.log("OS release: " + os.release());         // 3.13.0-52-generic
console.log("OS uptime: " +
    (os.uptime()/60/60/24).toFixed(1) + " days");   // 80.3 days
console.log("CPU architecture: " + os.arch());      // x64
console.log("Number of CPUs: " + os.cpus().length); // 1
console.log("Total memory: " +
    (os.totalmem()/1e6).toFixed(1) + " MB");        // 1042.3 MB
console.log("Free memory: " +
    (os.freemem()/1e6).toFixed(1) + " MB");         // 195.8 MB

4. 子进程管理

child_process 模块可让应用运行其他程序，该模块暴露了三个主要函数： exec 、 execFile 和 fork ，同时也有对应的同步版本。

4.1 函数特点

exec ：调用 shell 执行命令，若能在命令行运行的命令，就能用 exec 运行。
execFile ：直接执行可执行文件，内存和资源使用稍优，但通常需更谨慎使用。
fork ：用于执行其他 Node 脚本，会调用单独的 Node 引擎，不过能提供一些进程间通信选项。

4.2 示例代码

使用 exec 执行 dir 命令：

const exec = require('child_process').exec;
exec('dir', function(err, stdout, stderr) {
    if(err) return console.error('Error executing "dir"');
    stdout = stdout.toString(); // convert Buffer to string
    console.log(stdout);
    stderr = stderr.toString();
    if(stderr !== '') {
        console.error('error:');
        console.error(stderr);
    }
});

5. 流的使用

在 Node 中，流是处理数据的重要概念。流可分为读取流、写入流和双工流。

5.1 写入流

创建并使用写入流的示例：

const ws = fs.createWriteStream('stream.txt', { encoding: 'utf8' });
ws.write('line 1\n');
ws.write('line 2\n');
ws.end();

5.2 读取流

创建并使用读取流的示例：

const rs = fs.createReadStream('stream.txt', { encoding: 'utf8' });
rs.on('data', function(data) {
    console.log('>> data: ' + data.replace('\n', '\\n'));
});
rs.on('end', function(data) {
    console.log('>> end');
});

5.3 流的管道操作

使用管道操作将一个文件的内容复制到另一个文件：

const rs = fs.createReadStream('stream.txt');
const ws = fs.createWriteStream('stream_copy.txt');
rs.pipe(ws);

6. Web 服务器搭建

Node 最初的用途是提供 Web 服务器，借助 http 模块的 createServer 方法可轻松创建基本 Web 服务器。示例代码如下：

const http = require('http');
const server = http.createServer(function(req, res) {
    console.log(`${req.method} ${req.url}`);
    res.end('Hello world!');
});
const port = 8080;
server.listen(port, function() {
    console.log(`server startd on port ${port}`);
});

大多数操作系统出于安全考虑，不允许无提升权限监听默认 HTTP 端口（80），开发和测试时通常监听 1024 以上的端口。

当访问 http://localhost:8080 时，会看到 Hello world! ，同时控制台会记录请求信息，可能会看到两个请求：

GET /
GET /favicon.ico

这是因为大多数浏览器会隐式请求一个图标用于显示在 URL 栏或标签中。

6.1 处理特定请求

若有 favicon.ico 文件，可直接响应此请求：

const server = http.createServer(function(req, res) {
    if(req.method === 'GET' && req.url === '/favicon.ico') {
        const fs = require('fs');
        fs.createReadStream('favicon.ico');
        fs.pipe(res);       // this replaces the call to 'end'
    } else {
        console.log(`${req.method} ${req.url}`);
        res.end('Hello world!');
    }
});

7. 对象属性配置与代理

7.1 访问器属性

对象属性分为数据属性和访问器属性。访问器属性有 getter 和 setter 两个函数，访问时更像数据属性而非函数。

7.2 示例代码

传统方式定义 User 类：

const USER_EMAIL = Symbol();
class User {
    setEmail(value) {
        if(!/@/.test(value)) throw new Error(`invalid email: ${value}`);
        this[USER_EMAIL] = value;
    }
    getEmail() {
        return this[USER_EMAIL];
    }
}
const u = new User();
u.setEmail("john@doe.com");
console.log(`User email: ${u.getEmail()}`);

使用访问器属性重写 User 类：

const USER_EMAIL = Symbol();
class User {
   set email(value) {
      if(!/@/.test(value)) throw new Error(`invalid email: ${value}`);
      this[USER_EMAIL] = value;
   }
   get email() {
      return this[USER_EMAIL];
   }
}
const u = new User();
u.email = "john@doe.com";
console.log(`User email: ${u.email}`);

7.3 只读属性示例

定义一个计算矩形周长的只读属性：

class Rectangle {
    constructor(width, height) {
        this.width = width;
        this.height = height;
    }
    get perimeter() {
        return this.width*2 + this.height*2;
    }
}

综上所述，本文详细介绍了 Node.js 的文件系统操作、 process 对象、操作系统信息获取、子进程管理、流的使用、Web 服务器搭建以及对象属性配置等方面的知识，并给出了丰富的代码示例，希望能帮助读者更好地掌握 Node.js 开发。

8. 技术总结与流程梳理

8.1 关键技术总结

技术模块	核心功能	关键函数/方法
文件系统操作	同步和异步文件读写、目录读取等	`fs.writeFileSync` 、 `fs.readdir` 、 `fs.unlink` 、 `fs.rename` 、 `fs.stat`
Process 对象	程序退出控制、获取命令行参数和环境变量、管理当前工作目录	`process.exit` 、 `process.argv` 、 `process.env` 、 `process.cwd` 、 `process.chdir`
操作系统信息获取	获取计算机平台相关信息	`os.hostname` 、 `os.type` 、 `os.platform` 、 `os.release` 、 `os.uptime` 、 `os.arch` 、 `os.cpus` 、 `os.totalmem` 、 `os.freemem`
子进程管理	运行其他程序	`exec` 、 `execFile` 、 `fork`
流的使用	数据读写和传输	`fs.createWriteStream` 、 `fs.createReadStream` 、 `rs.pipe`
Web 服务器搭建	创建基本 Web 服务器并处理请求	`http.createServer` 、 `server.listen`
对象属性配置	定义和使用访问器属性	`get` 、 `set`

8.2 流程梳理 - Web 服务器请求处理流程

graph TD;
    A[客户端发起请求] --> B[服务器接收请求];
    B --> C{判断请求类型和 URL};
    C -- GET / --> D[记录请求信息并返回 'Hello world!'];
    C -- GET /favicon.ico --> E[读取 favicon.ico 文件并返回];
    D --> F[响应结束];
    E --> F;

9. 操作步骤详解

9.1 创建 Web 服务器详细步骤

引入 http 模块 ：

const http = require('http');

创建服务器实例 ：

const server = http.createServer(function(req, res) {
    // 处理请求逻辑
    console.log(`${req.method} ${req.url}`);
    if(req.method === 'GET' && req.url === '/favicon.ico') {
        const fs = require('fs');
        fs.createReadStream('favicon.ico').pipe(res);
    } else {
        res.end('Hello world!');
    }
});

指定服务器监听端口 ：

const port = 8080;
server.listen(port, function() {
    console.log(`server startd on port ${port}`);
});

9.2 使用流复制文件详细步骤

创建读取流 ：

const rs = fs.createReadStream('stream.txt');

创建写入流 ：

const ws = fs.createWriteStream('stream_copy.txt');

使用管道操作复制文件 ：

rs.pipe(ws);

10. 常见问题与解决方法

10.1 文件操作错误处理

在进行文件操作时，可能会遇到文件不存在、权限不足等错误。可使用 try/catch 块捕获同步操作的错误，异步操作则在回调函数中处理错误。

// 同步操作错误处理
try {
    fs.writeFileSync('nonexistent/path/hello.txt', 'hello from Node!');
} catch(err) {
    console.error('Error writing file:', err.message);
}

// 异步操作错误处理
fs.readdir('nonexistent/dir', function(err, files) {
    if(err) {
        console.error('Error reading directory:', err.message);
    } else {
        // 处理文件列表
    }
});

10.2 Web 服务器端口占用问题

若指定的端口已被其他程序占用，服务器将无法启动。可尝试更换端口，如将 port 改为其他未被使用的端口。

const port = 8081; // 更换端口
server.listen(port, function() {
    console.log(`server startd on port ${port}`);
});

11. 综合示例 - 带环境变量配置的文件行数统计程序

11.1 需求说明

编写一个程序，接收多个文件名作为命令行参数，统计每个文件的行数，并根据环境变量 DEBUG 控制是否输出调试信息。

11.2 代码实现

const fs = require('fs');
const filenames = process.argv.slice(2);
const debug = process.env.DEBUG === "1" ? console.log : function() {};

debug('Starting line count program...');

let counts = filenames.map(f => {
    try {
        const data = fs.readFileSync(f, { encoding: 'utf8' });
        return `${f}: ${data.split('\n').length}`;
    } catch(err) {
        return `${f}: couldn't read file`;
    }
});

console.log(counts.join('\n'));

debug('Line count program finished.');

11.3 运行步骤

正常运行（不输出调试信息） ：

node linecount.js file1.txt file2.txt

开启调试信息输出 ：

# Unix 系统
export DEBUG=1
node linecount.js file1.txt file2.txt

# Windows 系统
set DEBUG=1
node linecount.js file1.txt file2.txt

12. 总结与展望

12.1 总结

本文全面介绍了 Node.js 开发中的多个重要方面，包括文件系统操作、 process 对象、操作系统信息获取、子进程管理、流的使用、Web 服务器搭建以及对象属性配置等知识。通过丰富的代码示例和详细的操作步骤，帮助读者深入理解和掌握这些技术的使用方法。

12.2 展望

Node.js 作为一个强大的 JavaScript 运行环境，在 Web 开发、服务器端编程等领域有着广泛的应用前景。未来，随着技术的不断发展，Node.js 可能会在性能优化、功能扩展等方面取得更大的突破。例如，可能会出现更高效的异步处理机制、更便捷的模块管理方式等。同时，Node.js 与其他技术的结合也将更加紧密，如与前端框架 React、Vue.js 等的集成，为开发者提供更完整的开发解决方案。

希望读者通过本文的学习，能够在实际项目中灵活运用这些技术，提高开发效率和代码质量。在后续的学习和实践中，不断探索和发现 Node.js 的更多可能性。