Was ist Node.js? Eine umfassende Einführung + Anwendungsfälle

Ob Sie gerade Ihr erstes Buch über das Programmieren öffnen oder ein erfahrener Entwickler sind, der sich durch Kapitel von Programmiersprachen navigiert hat, „Node.js“ ist ein Begriff, den Sie wahrscheinlich in der Techniklandschaft angetroffen haben.

Was ist Node.js, und warum ist es so verbreitet?

Betrachten Sie Node.js als den verlässlichen Gefährten in Ihren Programmierabenteuern, nicht nur als irgendeine Figur in Ihrer Geschichte, sondern als entscheidenden Verbündeten, der Ihre innovativen Ideen außerhalb der konventionellen Web-Erzählung zum Leben erweckt. Es ist, als würden Sie einen verborgenen Hinweis entdecken, der plötzlich alles zusammenfügt und es Ihnen ermöglicht, Anwendungen zu erstellen, die so reaktionsfähig und dynamisch sind wie die Handlungswendungen in einem Kriminalroman.

Node.js hat die einzigartige Fähigkeit, das Komplexe in das Erreichbare zu verwandeln, sodass die Entwicklung von Anwendungen nicht nur eine Möglichkeit, sondern eine unterhaltsame Reise ist.

Lesen Sie weiter, um mehr über Node.js zu erfahren — wo jede Zeile Code, die Sie schreiben, das Potenzial Ihrer Projekte in der weiten Welt der Programmierung freischaltet.

Was ist Node.js und warum ist es wichtig?

Node.js ist eine Laufzeitumgebung, die dazu dient, JavaScript-Code auf Servern auszuführen. Sie ermöglicht es Ihnen, JavaScript ohne einen Webbrowser auszuführen. Node.js unterstützt Betriebssysteme wie Windows, macOS und Linux. Es ist eine Open-Source-Plattform, sodass alle Benutzer kostenlos auf den Quellcode zugreifen können.

Die Erfinder von Node.js haben es ursprünglich für Echtzeit-, Push-basierte Architekturen konzipiert. Diese Architekturen umfassen Chatbots, Benachrichtigungen, Streaming-Medien und Kollaborationswerkzeuge und bieten eine Möglichkeit, JavaScript auf der Serverseite auszuführen.

Andererseits machte JavaScript traditionell statische Webseiten interaktiv, indem es Funktionen wie Animationen und Drop-down-Menüs durch “<script></script>” Tags in HTML-Dokumenten hinzufügte.

Node.js entstand als Lösung, um diesen Prozess zu optimieren und schuf eine effizientere Laufzeitumgebung für JavaScript, die dessen Fähigkeiten über Webbrowser hinaus erweitert und es Entwicklern ermöglicht, skalierbare und leistungsstarke Anwendungen zu entwickeln.

Die Einführung von Node.js im Jahr 2009 behob die Ineffizienz von JavaScript, indem es viele gleichzeitige Verbindungen ohne Blockierung handhabte. Es bietet auch alles, was benötigt wird, um ein JavaScript-Programm auszuführen.

Node.js ist in verschiedenen Branchen einsetzbar, darunter Bankwesen, Gesundheitswesen, Kommunikation, E-Commerce und Unterhaltung. Es ermöglicht Ihnen, Desktop-Apps, SaaS-Websites und mobile Anwendungen zu erstellen.

Node.js Architektur

Node.js zeichnet sich durch die effiziente Handhabung einer großen Anzahl gleichzeitiger Verbindungen und datenintensiver Aufgaben aus. Es ist hervorragend für Aufgaben geeignet, die eine schnelle Verarbeitung großer Datenmengen erfordern. Allerdings ist es weniger geeignet für berechnungsintensive Aufgaben, die erhebliche CPU-Ressourcen benötigen. In solchen Fällen kann die einzelthreadige Natur von Node.js Verzögerungen bei der Beantwortung anderer Anfragen verursachen.

Um dieses Konzept besser zu veranschaulichen, stellen Sie sich ein Café vor. In einer Mehrfaden-Umgebung wird jeder Kunde (Serveranfrage) von einem separaten Barista (Faden) bedient. Wenn alle Baristas beschäftigt sind, warten neue Kunden.

Im Gegensatz dazu ist Node.js wie ein Café mit einem sehr effizienten Barista. Dieser Barista bearbeitet Bestellungen schnell und in einem ununterbrochenen Fluss, ähnlich wie Node.js Anfragen mit nicht-blockierenden I/O-Operationen verwaltet. Jedoch ist eine komplexe Bestellung in diesem Setup wie eine CPU-intensive Aufgabe in Node.js. Sie fordert mehr Zeit des Baristas, was den Service für andere verlangsamt. Dies zeigt, wie Node.js, obwohl ausgezeichnet für schnelle, zahlreiche Anfragen, bei Aufgaben, die die CPU stark belasten, Schwierigkeiten haben kann.

Der Unterschied zwischen einzelnen und mehreren Threads ist einfach: Eine Einzelthread-Architektur kann schneller performen und skalieren als Konfigurationen mit mehreren Threads. Das hatte Ryan Dahl im Sinn, als er Node.js erschuf.

Schlüsselmerkmale von Node.js

Jetzt, da Sie Node.js und seine Funktionsweise verstehen, werfen wir einen Blick auf seine Hauptmerkmale.

Skalierbarkeit

In Bhadresh Panchals neuestem Artikel ist Node.js das am häufigsten verwendete Webentwicklungstool in den USA, mit über 6,3 Millionen Websites. Sein attraktivstes Merkmal ist die Fähigkeit, Programme horizontal durch “Child-Prozesse” zu teilen.

Child-Prozesse ermöglichen es Node.js, mehrere Aufgaben gleichzeitig auszuführen und die Leistung des Servers zu optimieren. Sie verfügen über eigene Ressourcen, was ihre Auswirkungen auf andere Prozesse bei der Bewältigung großer Aufgaben oder beim Auftreten von Fehlern verringert.

Diese Funktion ermöglicht es Unternehmen, verschiedenen Zielgruppen verschiedene App-Versionen zur Verfügung zu stellen. Dadurch können sie Kundenwünsche nach Anpassung erfüllen.

In JavaScript geschrieben

Ein weiteres wichtiges Merkmal ist seine JavaScript-Bibliothek. Wenn Sie sich mit JavaScript auskennen, wird Ihnen Node.js wahrscheinlich leichter fallen. Deshalb ist Node.js eine beliebte Wahl unter Entwicklern.

Zusätzlich fördert die Verwendung von JavaScript während des Entwicklungsprozesses die Zuverlässigkeit und Wiederverwendbarkeit von Code. Sie können Code zwischen Client und Server teilen, Duplikation eliminieren und die Programm-Konsistenz garantieren.

Ereignisgesteuerte Architektur

In Node.js dreht sich alles um Ereignisse. Sie lösen Ereignisse aus, wenn Sie mit Ihrer Anwendung interagieren, wie zum Beispiel das Absenden eines Formulars oder das Klicken auf einen Button.

Diese Ereignisse sind kleine Code-Stücke, die ausgeführt werden, wenn bestimmte Aktionen stattfinden. Die ereignisgesteuerte Funktion ermöglicht es Node.js, mehrere Aufgaben gleichzeitig zu verwalten, ohne zu verzögern.

Einsprachig

Node.js verarbeitet alle Anfragen mit einem einzigen Thread innerhalb dessen, was als Ereignisschleife bekannt ist. Dies ähnelt einem Jongleur, der mehrere Bälle in der Luft hält. Anstatt sich auf einen Ball (Aufgabe) zu konzentrieren, bis er gefangen (abgeschlossen) ist, wirft und fängt der Jongleur kontinuierlich mehrere Bälle und hält sie alle reibungslos in der Schleife in Bewegung. Ähnlich wartet Node.js nicht darauf, dass eine Aufgabe beendet ist, bevor die nächste beginnt. Stattdessen wechselt es effizient zwischen den Aufgaben und hält den Arbeitsfluss kontinuierlich und reaktionsfähig.

Dieser Single-Threaded-Ansatz macht Node.js besonders geschickt im Umgang mit Ein-/Ausgabe-gebundenen Aktivitäten, die Aufgaben umfassen, die das Lesen von oder Schreiben auf externe Quellen wie Dateien und Datenbanken beinhalten. Stellen Sie sich eine Rezeptionistin vor, die eingehende Anrufe und Papierkram schnell bearbeitet. Sie verbringt nicht zu lange mit einem einzelnen Anruf oder Dokument. Stattdessen verwaltet sie effizient mehrere Aufgaben, indem sie schnell zwischen ihnen wechselt und so einen gleichmäßigen Arbeitsfluss sicherstellt. So bewältigt Node.js effizient mehrere I/O-Aufgaben, was es zu einer großartigen Wahl für Anwendungen mit vielen Datentransaktionen macht, jedoch weniger geeignet für CPU-intensive Aufgaben.

Schneller Datenstream

Node.js verwendet die JavaScript V8 Engine. Die Integration dieser fortschrittlichen Engine steigert die Geschwindigkeit und ermöglicht es Webanwendungen, schnelle Datenströme zu verarbeiten.

Darüber hinaus erleichtert es die Verwaltung und Verarbeitung großer Datenmengen. Es stellt auch sicher, dass alles schnell und ohne Verzögerung funktioniert. Diese Funktion macht es zu einer idealen Wahl für Anwendungen zur Verarbeitung von Echtzeitdaten.

Was unterscheidet Node.js von anderen Frameworks?

Auch wenn die von Node.js und anderen Frameworks verwendete Programmiersprache dieselbe ist, funktioniert Node.js anders als andere JavaScript-Frameworks. Es verwendet einen einzigartigen Satz von APIs (Application Programming Interface).

Im Gegensatz zu anderen Frameworks richten sich Node.js-APIs an die Backend-Entwicklung. Dazu gehören das integrierte Modul namens “HTTP” Streams, Dateisystemunterstützung und untergeordnete Prozesse.

Zusätzlich verfügt die Plattform über ein umfassendes Paket-Ökosystem namens npm (Node Package Manager). Entwickler können auf vorgefertigte Module und Bibliotheken mit über einer Million zugänglichen Paketen zugreifen.

Top 10 Business-Anwendungen für Node.js

1. Serverseitige Proxies

Node.js eignet sich gut für die Erstellung von serverseitigen Proxies und Netzwerkanwendungen. Es kann Daten von mehreren Drittanbieterquellen aggregieren und eine hohe Anzahl gleichzeitiger Verbindungen effizient verwalten.

2. Echtzeitanwendungen und Chatbots

Node.js wird häufig verwendet, um Echtzeit-Chatfunktionen auf Websites zu erstellen. Es ermöglicht Entwicklern, Ereignisse und Benachrichtigungen zu erstellen, die für die sofortige Nachrichtenübermittlung zwischen Benutzern genutzt werden können. Dies macht Node.js zu einer wichtigen Technologie für Unternehmen, die Chat-Optionen ähnlich wie Skype oder Facebook Messenger hinzufügen möchten.

3. Daten-Streaming

Data Streaming erfordert einen kontinuierlichen Informationsfluss, der von verschiedenen Quellen und Geräten erzeugt wird. Traditionelles Media Streaming behandelt HTTP-Anfragen und Antworten als separate Ereignisse, obwohl sie Streams sind.

Sie können Node.js verwenden, um robuste Daten-Streaming-Funktionen zu erstellen, die es ermöglichen, Dateien während des Hochladens zu verarbeiten. Dies ist möglich, weil Daten über einen Stream eingehen und online ohne Unterbrechung bearbeitet werden können. Beispielsweise ist die Echtzeit-Audio- oder Video-Transkodierung mit JavaScript-Bibliotheken wie Node.js möglich.

4. Dashboard des Börsenhändlers

Makler sind auf Handelssoftware angewiesen, um Aktienkurse zu verfolgen, Berechnungen durchzuführen und technische Analysewerkzeuge zu nutzen, um fundierte Entscheidungen zu treffen. Das Navigieren durch mehrere Bildschirme und Softwareprogramme kostet jedoch Zeit und Mühe.

Warum nicht Node.js verwenden, um eine Echtzeit-Web-basierte Lösung für Broker zu entwickeln?

Sie können das Tool verwenden, um eine solche Anwendung zu erstellen, da es Daten von APIs streamen kann. Außerdem funktioniert es mit Websockets, um Echtzeit-Updates bereitzustellen.

5. Befehlszeile

Das Erstellen von Befehlszeilenanwendungen ist ein weiterer Bereich, in dem Node.js glänzt. Eine Befehlszeilenanwendung (CLI-App) ist ein Programm, das im Terminal oder in der Eingabeaufforderung ausgeführt wird.

Diese Apps ermöglichen es Unternehmen, Operationen zu automatisieren, Dateien zu verwalten und spezifizierte Aktionen ohne grafische Benutzeroberfläche durchzuführen. Node.js-Module wie commander, yargs und oclif erleichtern das Erstellen von Befehlszeilenprogrammen, machen sie schnell und kosteneffektiv.

Node.js ermöglicht Entwicklern, die nicht mit Backend-Sprachen vertraut sind, JavaScript außerhalb des Webs zu verwenden und verschiedene Lösungen zur Automatisierung am Arbeitsplatz zu erstellen. Unternehmen können JavaScript verwenden, um starke Automatisierungslösungen am Arbeitsplatz und andere Befehlszeilen-Tools zu entwickeln.

6. Microservice-Architektur

Tech-Giganten wie Amazon, Facebook und Netflix haben in den letzten Jahren zur Popularität der Microservices-Architektur beigetragen.

Node.js eignet sich für den Aufbau dieses Ansatzes. Es erleichtert die Installation mehrerer Serverinstanzen für bestimmte Mikrodienste und erstellt geeignete Routing-Adressen für jeden einzelnen.

Laut einer Statista-Umfrage nutzen bereits 81,5% der Firmen Microservices. Unternehmen können Node.js verwenden, um ihre Apps zu beschleunigen, während sie die gesamte Codebasis reduzieren. Dies führt zu schnelleren Softwareentwicklungszyklen und verbesserter Leistung.

7. Big Data und Analytics-Lösungen

Node.js-Streams ermöglichen es Ihnen, eine effektive Pipeline zu erstellen, in der die Daten an einem Punkt beginnen und am anderen enden.

Daher ist es am besten, einen Mechanismus zu haben, der große Datenmengen in kleinere Teile zerlegt. Dies wird Ihnen helfen, den Stress beim Umgang mit riesigen Datenmengen zu bewältigen.

Die Nutzung der Ressourcen eines Computers durch die Implementierung von Node.js und das Anwenden von Rückdruck zur Verarbeitung großer Datenmengen ist möglich.

8. Web Scraping und Automatisierung

Es ist unmöglich, manuell Millionen von Datenpunkten aus vielen Online-Quellen zu extrahieren. Ebenso kann das Analysieren einer so großen Menge an Daten schwierig zu verwalten oder einzusetzen sein.

Data scraping ist die automatische Sammlung von Informationen oder extrahierten Daten von Websites. Beispiele für Daten, die Sie aus dem Web extrahieren können, sind Produktinformationen, Kundenrezensionen, Immobilienangebote, Standort und Merkmale.

Die am häufigsten verwendeten Bibliotheken für Web-Scraping in Node.js sind „request“ und „cheerio“. Das request-Paket wird zum Herunterladen von Webseiten verwendet. Im Gegensatz dazu erstellt cheerio einen DOM (Document Object Model) Baum und umfasst einen Teil der jQuery-Funktionsmenge zur Manipulation.

9. Single-Page-Anwendungen (SPAs)

Ein weiterer häufiger Einsatz von Node.js besteht darin, komplexe Single-Page-Anwendungen zu erstellen. Das ist ideal für datengesteuerte Single-Page-Apps, bei denen eine gesamte Anwendung auf einer einzigen Seite passt.

Hier dient der Server als das backend und sendet Daten an den Client, während die Client-Seite das Rendering von HTML handhabt. Diese Fortschritte werden die Wartung Ihres Single-Page-Projekts verbessern und die Entwicklungszeit verkürzen.

10. Echtzeit-Kollaborationswerkzeuge

Echtzeit-Kollaborationstools sind Softwarelösungen, die für das Projektmanagement verwendet werden. Diese Tools ermöglichen das gemeinsame Browsen, Audio- und Videokonferenzen sowie das gemeinsame Bearbeiten von Dokumenten.

Es gibt so viele gleichzeitige Anfragen für diese Lösungen. Zum Beispiel können bei einer Projektmanagement-Anwendung viele Benutzer Kommentare hinterlassen, den Status ändern und Dokumente an ein bestimmtes Projekt anhängen.

Node.js hilft Unternehmen, Echtzeit-Kollaborationswerkzeuge zu entwickeln, da es effektiv schwere Aktivitäten und Anfragen verwaltet. Zum Beispiel hat Trello das ereignisgesteuerte Design von NodeJS verwendet, um seine Kollaborationsumgebung zu aktualisieren.

5 gängige Werkzeuge und Frameworks, die mit dem Node.js-Server verwendet werden

Ein Framework ist eine vorgefertigte Softwarestruktur, die als Grundlage für die Erstellung von Webanwendungen dient. Es umfasst Bibliotheken, Module und Protokolle zur Vereinfachung von Entwicklungsaufgaben wie Routing, Datenbankschnittstelle und Authentifizierung.

Frameworks helfen Ihnen dabei, die Entwicklung zu rationalisieren, eine organisierte Codebasis beizubehalten und skalierbare Webanwendungen zu erstellen.

Unten sind einige gängige Werkzeuge und Frameworks aufgeführt, die mit Node.js verwendet werden:

1. Socket.io

Dieses Framework unterstützt eine Echtzeit-, bidirektionale Kommunikation zwischen einem Client und einem Server. Socket.io ist eine Full-Stack Node.js-Plattform, die verschiedene Programmiersprachen akzeptiert.

Web-Entwickler, die bei einem Webprojekt vor komplexen Herausforderungen stehen, wie der Echtzeitkommunikation zwischen Clients und Servern, wenden sich oft an Socket.io. Dies liegt daran, dass es Echtzeitstatistiken und schnelle Hilfe bietet.

Dieses Framework unterstützt Multiplayer-Spiele, Videokonferenzanwendungen und andere interaktive Echtzeitfunktionen.

2. Mongoose

Dieses Tool ist eine Object Data Modeling (ODM)-Bibliothek, die mit MongoDB in Node.js-Anwendungen funktioniert. Mongoose handhabt Datenassoziationen, führt Schema-Validierungen durch und konvertiert Objekte im Code zu MongoDB-Objektdarstellungen.

Zum Beispiel nehmen wir an, Sie bauen eine Webanwendung mit Node.js, die Daten in einer MongoDB-Datenbank speichern und abrufen muss. Mongoose kann Ihre Datenmodelle mithilfe von Schemas definieren, um die Datenstruktur darzustellen.

Dann können Sie diese Modelle verwenden, um Vorgänge wie das Erstellen, Lesen, Aktualisieren und Löschen von Dokumenten in der Datenbank durchzuführen. Es vereinfacht die Interaktion zwischen Node.js und MongoDB.

3. Express.js

Express.js (Einfach Express) ist ein beliebtes und grundlegendes Framework zum Erstellen von Online-Apps und APIs. Es ist Open Source, kostenlos und unter der MIT-Lizenz veröffentlicht. Express.js ist das schnellste Node.js-Framework, das Entwicklern ermöglicht, serverseitige Lösungen zu entwickeln.

Erfahrene Entwickler nutzen dieses Framework, um unternehmensgerechte Programme zu erstellen. Es ist jedoch nicht für Anfänger geeignet.

4. Babel

Babel ist ein großartiges Werkzeug zur Kompilierung von ES6+ JavaScript-Code in eine abwärtskompatible Version von JavaScript. Es ist ein Frontend-Entwicklungswerkzeug, das die neueste Version von JavaScript unterstützt.

Darüber hinaus kann Babel die Syntax ändern und Funktionen wie polyfill unterstützen. Es enthält jedoch kein eingebautes Plugin.

5. NPM

Als Paketmanager für Node.js ermöglicht NPM Entwicklern die Installation und Verwaltung von Node.js-Paketen. Wenn Sie Node.js installieren, werden auch die NPM-Anwendung und die integrierte Unterstützung auf Ihrem Computer installiert. Dieses Werkzeug ermöglicht es Entwicklern, Pakete mit JavaScript-Code herunterzuladen und zu installieren.

Häufig gestellte Fragen

Was ist Node.js?

Node.js ist eine serverseitige, Open-Source JavaScript-Laufzeitumgebung. Node basiert auf Googles V8-Motor und libUV, um plattformübergreifende Konnektivität zu bieten.

Wofür wird Node.js verwendet?

Node.js wird verwendet, um schnelle Anwendungen zu entwickeln, die Echtzeitkommunikation, Datenstreaming und Browser-Spiele ermöglichen. Entwickler verwenden Node.js auch, um Webserver, APIs und Mikroservices zu erstellen.

Ist Node.js ein Framework?

Node.js ist keine Framework, sondern eine Laufzeitumgebung.

Was ist der Unterschied zwischen Node.js und JavaScript?

JavaScript ist eine Computersprache, die Sie für die frontend- und backend-Entwicklung verwenden können. Node.js ist eine Laufzeitumgebung, die es ermöglicht, JavaScript auf dem Server auszuführen. Kurz gesagt, JavaScript ist eine Sprache und Node.js ist eine Plattform, die die serverseitige Ausführung ermöglicht.

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Node.js ist ein fantastisches Werkzeug für jeden, der schnelle und zuverlässige Online-Anwendungen erstellen möchte. Es ist benutzerfreundlich genug für Anfänger, aber auch leistungsfähig genug für erfahrene Entwickler.

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