2021 年 Node.js 开发人员学习路线图

前言：总有小伙伴问 Node.js 如何深入学习，本文是一个不错的学习大纲。

Node.js 自发布以来，已成为业界重要破局者之一。Uber、Medium、PayPal 和沃尔玛等大型企业，纷纷将技术栈转向 Node.js。Node.js 支持开发功能强大的应用，例如实时追踪 App、视频 / 文本聊天引擎、社交媒体 App 等，当前已成为开发人员热衷的一项技能。本文作者基于自身实施经历，给出一张 Node.js 学习路线图。建议开发人员考虑深入掌握 Node.js 之前，必须明确自己构建的目标，否则容易半途而废。目标导向有助于在学习中聚焦关键技能，而非纠结于是否值得去学习。

必备技能

JavaScript

对于一名前端开发人员，在考虑掌握后端技能时，无需花费大量的精力学习去 JavaScript。而对于完全小白，如果想要在尽可能短的时间内掌握 Node.js，在深入前必须领会如下概念：

箭头函数（Arrow Functions）
类型（Types）
表达式（Expressions）
函数（Functions）
语法结构（Lexical Structures）
this
循环（Loops）和作用域（Scope）
数组对象（Arrays）
字面量模板（Template Literals）
严格模式（Strict Mode）
ES6/ES7

此外，Node.js 中涉及大量的异步编程处理，推荐掌握如下概念：

定时器（Timers）
Promises
闭包（Closures）
事件循环（Event Loop）
异步编程（Async programming）和回调（callbacks）

npm 软件包管理

Node 软件包管理（Node Package Manager，npm）提供当前规模最大的注册软件库，其中提供 80 多万种软件包。正确使用 npm，可极大地降低软件包管理的复杂度，非常便于解决应用开发中的依赖问题。

npm 提供三个组成模块：

命令行接口（Command Line Interface，CLI)：CLI 是大部分开发人员的首选方式，提供本机终端环境运行。
注册软件库（Registry）：提供大规模开放式 JavaScript 软件和元信息数据库。
Web 站点：可查找新的软件包，并提供其它一些 npm 功能。

npm 还可管理各版本的代码及依赖。如果使用 npx，无需下载软件包即可运行软件包。

Node.js 基础知识

事件发射器（Event Emitter）：做为 Node.js 中的对象，Event Emitter 在操作执行完成后发送消息，触发特定的事件。开发人员也可编写代码，监听 Event Emitter 发出的事件。例如，一旦完成特定的前端操作，诸如鼠标点击、按键和鼠标移动等交互操作，需在后端做进一步处理。这时后端的 Node.js 环境使用 EventEmitter 类，构建相应的事件处理模块，用于处理操作事件。

回调（Callback）：回调是特定任务执行完成后调用的函数，不影响其它代码的同时执行，避免了异步处理产生阻塞。鉴于 Node.js 中需处理大量的异步任务，因此回调无处不在。回调是实现应用无缝快速执行的关键，其运作机制如下图所示：

Buffer 类：设计用于处理原始二进制数据的 Node.js 类，操作 V8 引擎外分配的内存。Buffer 类实现为大小不可调整的整数数组，并提供一整套二进制数据操作方法。例如，对于表示范围在 0 到 255 之间字节值的内存中整数，使用 console.log() 输出该 Buffer 实例，会给出一系列十六进制值。

模块系统（Module System）：使用 Node.js 生态系统提供的模块，可实现一些复杂功能。模块是可复用的 JavaScript 代码，实现特定的功能。

开发技能

版本管理系统：掌握 git、GitHub 等的使用。开发中，应尽量避免交叉修改代码导致的更改不可逆。因此，在大型项目中需使用版本控制系统管理。要熟悉版本控制系统的使用，开发人员应该具备扎实的基础知识。

HTTP/HTTPS 协议：一位优秀的 Node.js 开发人员，应具备传输协议数据传输的基础知识，因为每位后端开发人员都需要深入理解 HTTP/HTTPS 的工作机制。HTTPS 使用称为 TLS（Transport Layer Security）的加密协议加密通信。后端环境中有大量要学习的知识点，这对于 Web 小白是颇具难度的。简而言之，基本的 Web 通信主要包括六种请求方法：

GET: 获取资源的表示；
POST: 创建新资源；
PUT: 更新资源；
PATCH: 局部修改资源；
DELETE: 删除 URL 指定的资源
OPTIONS: 请求指定 URL/ 服务器所支持的通信。

Web 框架

注意：本文仅列出了部分推荐 Web 框架。使用 Node.js 构建个人项目时，为降低学习难度，推荐从中选定一种框架，否则学习难度很高。

Express.js：提供构建应用所需的最小化接口和工具，非常灵活易用，大量 npm 模块可直接插入 Expresss 使用。

Meteor.js：一种构建 JavaScript 应用的万事通框架，提供内建的 MongoDB，支持 GraphQL。运行 meteor create myapp，即可生成一个具有 MongoDB 后端的 HTML/JavaScript 页面。使用 Meteor.js 可有效助降低项目开发时间，并简化项目的维护。当然如果只是构建一个简单的 Web 应用，还是推荐使用 Express。

Sails.js：一种支持快速构建 REST API、单页应用（SPA）和实时 APP 的 MVC 框架。如果开发人员考虑实操一些重要技能，例如使用 WebSockets 支持实时操作，使用按约定编程（convention over configuration）方法等，推荐学习 Sails.js。

Koa.js：如果开发人员考虑构建一个经得起时间考验、易于维护的鲁棒应用，Koa.js 无疑是很好的选择。Koa 应用实现为包含一组中间件函数数组的对象，其中函数以堆栈方式执行。

Nest.js：该框架继承了 Angular 的理念，使用 TypeScript 构建，并且在底层使用了 Express.js，因此兼容大多数 Express 中间件。Nest 提供很好的模块化结构，代码组织在不同模块中，进而构建高效、良好扩展的应用。

数据库管理

学习 Node.js 需要掌握大量的后端技能。对于一名小白，开始可选择 MySQL 等数据库。只有厘清后端系统设计的基础知识，才能根据项目的需求，考虑在 MySQL 等基本 SQL 数据库之外选取后端。

注意：关系数据库依然是主流。例如，在建模产品、类比、标签等时依然主要使用关系表结构。类似于电子表格，关系表由行和列组成。

关系数据库管理系统

SQL Server：微软的关系数据库产品，支持标准 ANSI SQL，也提供产品独有的 SQL 实现。

MySQL：一款优秀的关系数据库管理系统，时由 Oracle 提供的开源后端软件，具备按需改进代码的灵活性。MySQL 可很好地替代 Oracle、Microsoft SQL server 等商业数据库产品。

PostgreSQL：具有大规模开发团队支持的开源产品，可运行在 Linux、UNIX 和 Windows 等大多数主流操作系统上。PostgreSQL 支持绝大多数标准 SQL 查询，还提供复杂 SQL 查询、外键、触发器、事务、MVCC、流复制等特性。

MariaDB：MySQL 的改进版，额外内建了多种特性、安全和性能改进。简而言之，MariaDB 性能优于 MySQL，推荐在大型应用中使用 MariaDB。例如，MariaDB 的大型连接池支持超过 20 万的并发连接，显著优于 MySQL。

云数据库服务

Azure CosmosDB：一种全球分布式数据库服务，支持远程管理数据。对于大型应用，云数据库在扩展型和可管理性上具有优势。Microsoft Azure 完全简化了可扩展和分布能力，在同一后端上支持多种数据模型，即可同时用于文档、键值、关系和图模型。该服务不依赖于任何模式，因此可称为 NoSQL 数据库，但可使用支持 ACID 交易的查询语言。

Amazon DynamoDB：非常适用于具有 SQL 经验的用户，提供全托管 NoSQL 数据库服务，具有高性能，可预测，扩展性很好。DynamoDB 支持创建关系表，可存储并检索任何规模的数据，提供任何服务等级的请求。

NoSQL 数据库

MongoDB：面向文档的 NoSQL 数据库，适用于大规模数据存储。类似于表是关系数据库的基础，MongoDB 使用集合（Collection）和文档（Document）。其中，文档包含了键值对，是 MongoDB 的基本数据单元。集合包含一系列文档和函数，对标关系数据库中的表。

Redis：可用于数据库、缓存和消息代理（Message Broker）。Redis 使用字符串、哈希、列表、集合、位图、hyperloglog 和时空索引等数据结构，以键值形式存储数据。下面举例说明：

假设应用必须处理授权用户的不同操作。每次验证用户身份，都必须获取应用中访问权限控制模块的授权。实现此类安全机制的方案很多。例如，标准的 JOSE（JavaScript 对象签名和加密）框架可确保应用数据的安全性。但面对多种授权时，应用同样很难扩展。除了发送授权列表给用户，另一种解决方案是将用户授权以某种形式的数据库存储。授权以键值对（也称为令牌）形式提供，用户必须提供键值进行验证。

Apache Cassandra：Facebook 创建的高度可扩展、高性能的分布式数据库，设计针对物理上分布的海量数据，实现无单点故障的存储。不同于其它关系数据库系统，Cassandra 在分布式设计上参考了 Amazon DynamoDB，数据模型使用 Google BigTable。

LiteDB：一款超轻量级、高性能的 .NET NoSQL 嵌入数据库，实现无服务器的文档存储。LiteDB 使用于小型的桌面应用、Web 应用，可根据每个用户的每个账户建立一个独立数据库。

搜索引擎

注意：为什么需要了解搜索引擎技术，下面举例说明。如果使用谷歌搜索引擎，它本身就是一个完整的 Web 应用。对于 Solr 和 ElasticSearch 等后端框架，它们会对所有类型数据集创建索引，进而在服务器提供搜索功能。Solr 支持百万级用户的搜索引擎网站。

ElasticSearch：一种基于 Apache Lucene 使用 Java 开发的搜索和分析引擎，实现海量数据的实时存储和分析。其高性能来自于对索引而非文本的搜索，核心基于结构化文档，而非关系表和模式，提供丰富的 REST API 存储和搜索数据。ElasticSearch 可认为是一台处理 JSON 请求并返回 JSON 数据的服务器。

Solr：提供包括字段搜索、布尔查询、短语查询、模糊查询、语法检查、自动填全等高级实时搜索功能。

缓存

注意：缓存使用内存中存储文件拷贝，降低网络调用，提供更快的网络响应。

内存缓存

该技术大多数情况下使用服务器的内存，因此通常称为内存缓存。服务器的一部分内存用作缓存，存储降低应用网络调用所需的所有数据。Node.js 提供的节点缓存（node-cache）和内存缓存（memory-cache）软件库，很好地处理了 Node 服务器上的内存缓存。

分布式缓存

分布式缓存将多个网络内存整合为单一的内存数据存储，进而用于缓存最终数据，提供对数据的快速访问。该技术尤其适用于大规模数据和大量网络调用的情况，通过在群集中添加更多的服务器实现缓存容量的增量扩展和扩容。Redis 是目前最广为使用的分布式内存，推荐进一步了解 Memcached。

模板引擎

模板引擎支持在应用开发中使用静态模板文件，并在运行时替换模板文件中的变量为实际值，生成发送给客户的 HTML 文件。下面列出了一些广为使用的模板引擎。

Mustache.js
Handlebars
EJS

实时通信

Socket.io：对于起步接触后端开发的学习者，了解 Socket.io 的实时通信需要补充很多知识，主要底层逻辑在客户端和服务器之间。Socket.io 支持客户和服务器间的双向数据流，可视为实现两个终端间实时通信的同步数据流行为。这需要客户在浏览器支持 Socket.IO，并且服务器端继承了 Socket.IO 软件包，进而数据才能以 JSON 请求的形式发送。

API 客户端

REST

在 REST 提出之前，API 使用远程过程调用（RPC）开发，类似于本地执行的代码。期间许多技术使用了类似于 RPC 的技术栈，并未从根本上解决问题，直到 REST 提出以更好的方式构建基于 Web 的 API。

REST 架构使用基本 HTTP 调用进行通信，避免了使用 COBRA、COM +，RPC 等复杂方式通信。在 REST 中，调用是基于消息的，依赖 HTTP 标准描述消息。在 Node.js 生态中，推荐使用 node-rest-client 和 Axios。这两个软件库为快速 Web 应用提供了很好的支持。

GraphQL

GraphQL 可很好地替代 REST。它使用 API 优先为客户准确提供所请求的数据，是一种灵活并且对开发人员友好的替代方案，可使用 GraphiQL IDE 部署。GraphQL 具有多项优点，包括在不影响现有查询情况下添加和禁用数据域，以及支持多种方式构建 API。

测试

单元测试框架

单元测试实现各单元和组件的隔离测试。其中，单元可以是应用中的最小可测试代码部分。下面列出 Node.js 的最好的单元测试框架：

Jest：一款由 Facebook 提供的测试框架，因其简洁性而广为使用。Jest 相比其它所有测试框架而言具有最好的文档，支持并行测试，这意味可使用单独进程独立运行各个测试，实现性能最大化。
Mocha：为 Node 应用提供原始标准的单元测试框架，支持回调等异步操作，支持使用高度可扩展和自定义断言的 Promise。
Chai：支持与 Mocha 一同使用，可做为 Node.js 的 TDD/BDD 断言库，可匹配任何基于 JavaScript 的测试框架。

模拟测试（Mocking）

单元测试的规模越小越好，并尽可能轻量级执行。但在一些情况下，测试对象存在对其他对象的依赖。

例如，对于需要与域服务器或 Web Service 通信的对象，无法执行快速、轻量级的测试，这时就需要 Mocking 测试。运行 Mocking 测试不需要任何实际数据库，或是任何类型的连接，只返回给出预期结果的对象。Mocking 测试只使用一些基本对象，模拟给出实际测试结果，因此可摆脱所有局限更快地运行测试。

推荐阅读： 下面资料分别介绍了如何使用 Sinon 和 Jasmine 实现 Mocking 测试：

Sinon
- https://stackabuse.com/using-mocks-for-testing-in-javascript-with-sinon-js/
Jasmine
- https://eclipsesource.com/blogs/2014/03/27/mocks-in-jasmine-tests/

Node.js 软件库推荐：

Async.js
PM2
Commander.js
Nodemailer