核心模块是Node.js的心脏，它由一些精简而高效的库组成，为Node.js提供了基本的API。本章中，我们挑选了一部分最常用的核心模块加以详细介绍，主要内容包括：

□全局对象；

□常用工具；

□事件机制；

□文件系统访问；

□HTTP服务器与客户端。

4.1　全局对象

JavaScript中有一个特殊的对象，称为全局对象（Global Object），它及其所有属性都可以在程序的任何地方访问，即全局变量。在浏览器JavaScript中，通常window是全局对象，而Node.js中的全局对象是global，所有全局变量（除了global本身以外）都是global对象的属性。

我们在Node.js中能够直接访问到对象通常都是global的属性，如console、process等，下面逐一介绍。

4.1.1　全局对象与全局变量

global最根本的作用是作为全局变量的宿主。按照ECMAScript的定义，满足以下条件的变量是全局变量：

□在最外层定义的变量；

□全局对象的属性；

□隐式定义的变量（未定义直接赋值的变量）。

当你定义一个全局变量时，这个变量同时也会成为全局对象的属性，反之亦然。需要注意的是，在Node.js中你不可能在最外层定义变量，因为所有用户代码都是属于当前模块的，而模块本身不是最外层上下文。

永远使用var定义变量以避免引入全局变量，因为全局变量会污染命名空间，提高代码的耦合风险。

4.1.2　process

process是一个全局变量，即global对象的属性。它用于描述当前Node.js进程状态的对象，提供了一个与操作系统的简单接口。通常在你写本地命令行程序的时候，少不了要和它打交道。下面将会介绍process对象的一些最常用的成员方法。

□process.argv是命令行参数数组，第一个元素是node，第二个元素是脚本文件名，从第三个元素开始每个元素是一个运行参数。

将以上代码存储为argv.js，通过以下命令运行：

□process.stdout是标准输出流，通常我们使用的console.log()向标准输出打印字符，而process.stdout.write()函数提供了更底层的接口。

□process.stdin是标准输入流，初始时它是被暂停的，要想从标准输入读取数据，你必须恢复流，并手动编写流的事件响应函数。

□process.nextTick(callback)的功能是为事件循环设置一项任务，Node.js会在下次事件循环调响应时调用callback。

初学者很可能不理解这个函数的作用，有什么任务不能在当下执行完，需要交给下次事件循环响应来做呢？我们讨论过，Node.js适合I/O密集型的应用，而不是计算密集型的应用，因为一个Node.js进程只有一个线程，因此在任何时刻都只有一个事件在执行。如果这个事件占用大量的CPU时间，执行事件循环中的下一个事件就需要等待很久，因此Node.js的一个编程原则就是尽量缩短每个事件的执行时间。process.nextTick()提供了一个这样的工具，可以把复杂的工作拆散，变成一个个较小的事件。

我们假设compute()和somethingComplicated()是两个较为耗时的函数，以上的程序在调用doSomething()时会先执行somethingComplicated()，然后立即调用回调函数，在onEnd()中又会执行compute()。下面用process.nextTick()改写上面的程序：

改写后的程序会把上面耗时的操作拆分为两个事件，减少每个事件的执行时间，提高事件响应速度。

不要使用setTimeout(fn, 0)代替process.nextTick(callback)，前者比后者效率要低得多。

我们探讨了process对象常用的几个成员，除此之外process还展示了process.platform、process.pid、process.execPath、process.memoryUsage()等方法，以及POSIX进程信号响应机制。有兴趣的读者可以访问http://nodejs.org/api/process.html了解详细内容。

4.1.3　console

console用于提供控制台标准输出，它是由Internet Explorer的JScript引擎提供的调试工具，后来逐渐成为浏览器的事实标准。Node.js沿用了这个标准，提供与习惯行为一致的console对象，用于向标准输出流（stdout）或标准错误流（stderr）输出字符。

□console.log():向标准输出流打印字符并以换行符结束。console.log接受若干个参数，如果只有一个参数，则输出这个参数的字符串形式。如果有多个参数，则以类似于C语言printf()命令的格式输出。第一个参数是一个字符串，如果没有参数，只打印一个换行。

运行结果为：

□console.error():与console.log()用法相同，只是向标准错误流输出。

□console.trace():向标准错误流输出当前的调用栈。

运行结果为：

4.2　常用工具util

util是一个Node.js核心模块，提供常用函数的集合，用于弥补核心JavaScript的功能过于精简的不足。

4.2.1　util.inherits

util.inherits(constructor, superConstructor)是一个实现对象间原型继承的函数。JavaScript的面向对象特性是基于原型的，与常见的基于类的不同。JavaScript没有提供对象继承的语言级别特性，而是通过原型复制来实现的，具体细节我们在附录A中讨论，在这里我们只介绍util.inherits的用法，示例如下：

我们定义了一个基础对象Base和一个继承自Base的Sub，Base有三个在构造函数内定义的属性和一个原型中定义的函数，通过util.inherits实现继承。运行结果如下：

注意，Sub仅仅继承了Base在原型中定义的函数，而构造函数内部创造的base属性和sayHello函数都没有被Sub继承。同时，在原型中定义的属性不会被console.log作为对象的属性输出。如果我们去掉objSub.sayHello();这行的注释，将会看到：

4.2.2　util.inspect

util.inspect(object,[showHidden],[depth],[colors])是一个将任意对象转换为字符串的方法，通常用于调试和错误输出。它至少接受一个参数object，即要转换的对象。

showHidden是一个可选参数，如果值为true，将会输出更多隐藏信息。

depth表示最大递归的层数，如果对象很复杂，你可以指定层数以控制输出信息的多少。如果不指定depth，默认会递归2层，指定为null表示将不限递归层数完整遍历对象。

如果color值为true，输出格式将会以ANSI颜色编码，通常用于在终端显示更漂亮的效果。

特别要指出的是，util.inspect并不会简单地直接把对象转换为字符串，即使该对象定义了toString方法也不会调用。

运行结果是：

除了以上我们介绍的几个函数之外，util还提供了util.isArray()、util.isRegExp()、util.isDate()、util.isError()四个类型测试工具，以及util.format()、util. debug()等工具。有兴趣的读者可以访问http://nodejs.org/api/util.html了解详细内容。

4.3　事件驱动events

events是Node.js最重要的模块，没有“之一”，原因是Node.js本身架构就是事件式的，而它提供了唯一的接口，所以堪称Node.js事件编程的基石。events模块不仅用于用户代码与Node.js下层事件循环的交互，还几乎被所有的模块依赖。

4.3.1　事件发射器

events模块只提供了一个对象：events.EventEmitter。EventEmitter的核心就是事件发射与事件监听器功能的封装。EventEmitter的每个事件由一个事件名和若干个参数组成，事件名是一个字符串，通常表达一定的语义。对于每个事件，EventEmitter支持若干个事件监听器。当事件发射时，注册到这个事件的事件监听器被依次调用，事件参数作为回调函数参数传递。

让我们以下面的例子解释这个过程：

运行的结果是：

以上例子中，emitter为事件someEvent注册了两个事件监听器，然后发射了someEvent事件。运行结果中可以看到两个事件监听器回调函数被先后调用。

这就是EventEmitter最简单的用法。接下来我们介绍一下EventEmitter常用的API。

□EventEmitter.on(event, listener)为指定事件注册一个监听器，接受一个字符串event和一个回调函数listener。

□EventEmitter.emit(event, [arg1], [arg2], […])发射event事件，传递若干可选参数到事件监听器的参数表。

□EventEmitter.once(event, listener)为指定事件注册一个单次监听器，即监听器最多只会触发一次，触发后立刻解除该监听器。

□EventEmitter.removeListener(event, listener)移除指定事件的某个监听器，listener必须是该事件已经注册过的监听器。

□EventEmitter.removeAllListeners([event])移除所有事件的所有监听器，如果指定event，则移除指定事件的所有监听器。

更详细的API文档参见http://nodejs.org/api/events.html。

4.3.2　error事件

EventEmitter定义了一个特殊的事件error，它包含了“错误”的语义，我们在遇到异常的时候通常会发射error事件。当error被发射时，EventEmitter规定如果没有响应的监听器，Node.js会把它当作异常，退出程序并打印调用栈。我们一般要为会发射error事件的对象设置监听器，避免遇到错误后整个程序崩溃。例如：

运行时会显示以下错误：

4.3.3　继承EventEmitter

大多数时候我们不会直接使用EventEmitter，而是在对象中继承它。包括fs、net、http在内的，只要是支持事件响应的核心模块都是EventEmitter的子类。

为什么要这样做呢？原因有两点。首先，具有某个实体功能的对象实现事件符合语义，事件的监听和发射应该是一个对象的方法。其次JavaScript的对象机制是基于原型的，支持部分多重继承，继承EventEmitter不会打乱对象原有的继承关系。

4.4　文件系统fs

fs模块是文件操作的封装，它提供了文件的读取、写入、更名、删除、遍历目录、链接等POSIX文件系统操作。与其他模块不同的是，fs模块中所有的操作都提供了异步的和同步的两个版本，例如读取文件内容的函数有异步的fs.readFile()和同步的fs.readFileSync()。我们以几个函数为代表，介绍fs常用的功能，并列出fs所有函数的定义和功能。

4.4.1　fs.readFile

fs.readFile(filename, [encoding], [callback(err, data)])是最简单的读取文件的函数。它接受一个必选参数filename，表示要读取的文件名。第二个参数encoding是可选的，表示文件的字符编码。callback是回调函数，用于接收文件的内容。如果不指定encoding，则callback就是第二个参数。回调函数提供两个参数err和data，err表示有没有错误发生，data是文件内容。如果指定了encoding，data是一个解析后的字符串，否则data将会是以Buffer形式表示的二进制数据。

例如以下程序，我们从content.txt中读取数据，但不指定编码：

假设content.txt中的内容是UTF-8编码的Text文本文件示例，运行结果如下：

这个程序以二进制的模式读取了文件的内容，data的值是Buffer对象。如果我们给fs.readFile的encoding指定编码：

那么运行结果则是：

当读取文件出现错误时，err将会是Error对象。如果content.txt不存在，运行前面的代码则会出现以下结果：

Node.js的异步编程接口习惯是以函数的最后一个参数为回调函数，通常一个函数只有一个回调函数。回调函数是实际参数中第一个是err，其余的参数是其他返回的内容。如果没有发生错误，err的值会是null或undefined。如果有错误发生，err通常是Error对象的实例。

4.4.2　fs.readFileSync

fs.readFileSync(filename, [encoding])是fs.readFile同步的版本。它接受的参数和fs.readFile相同，而读取到的文件内容会以函数返回值的形式返回。如果有错误发生，fs将会抛出异常，你需要使用try和catch捕捉并处理异常。

与同步I/O函数不同，Node.js中异步函数大多没有返回值。

4.4.3　fs.open

fs.open(path, flags, [mode], [callback(err, fd)])是POSIX open函数的封装，与C语言标准库中的fopen函数类似。它接受两个必选参数，path为文件的路径，flags可以是以下值。

□r ：以读取模式打开文件。

□r+：以读写模式打开文件。

□w ：以写入模式打开文件，如果文件不存在则创建。

□w+：以读写模式打开文件，如果文件不存在则创建。

□a ：以追加模式打开文件，如果文件不存在则创建。

□a+：以读取追加模式打开文件，如果文件不存在则创建。

mode参数用于创建文件时给文件指定权限，默认是0666^【1】。回调函数将会传递一个文件描述符fd^【2】。

4.4.4　fs.read

fs.read(fd, buffer, offset, length, position, [callback(err, bytesRead, buffer)])是POSIX read函数的封装，相比fs.readFile提供了更底层的接口。fs.read的功能是从指定的文件描述符fd中读取数据并写入buffer指向的缓冲区对象。offset是buffer的写入偏移量。length是要从文件中读取的字节数。position是文件读取的起始位置，如果position的值为null，则会从当前文件指针的位置读取。回调函数传递bytesRead和buffer，分别表示读取的字节数和缓冲区对象。

以下是一个使用fs.open和fs.read的示例。

运行结果则是：

一般来说，除非必要，否则不要使用这种方式读取文件，因为它要求你手动管理缓冲区和文件指针，尤其是在你不知道文件大小的时候，这将会是一件很麻烦的事情。

表4-1列出了fs所有函数的定义和功能。

表4-1　fs模块函数表

4.5　HTTP服务器与客户端

Node.js标准库提供了http模块，其中封装了一个高效的HTTP服务器和一个简易的HTTP客户端。http.Server是一个基于事件的HTTP服务器，它的核心由Node.js下层C++部分实现，而接口由JavaScript封装，兼顾了高性能与简易性。http.request则是一个HTTP客户端工具，用于向HTTP服务器发起请求，例如实现Pingback^【3】或者内容抓取。

4.5.1　HTTP服务器

http.Server是http模块中的HTTP服务器对象，用Node.js做的所有基于HTTP协议的系统，如网站、社交应用甚至代理服务器，都是基于http.Server实现的。它提供了一套封装级别很低的API，仅仅是流控制和简单的消息解析，所有的高层功能都要通过它的接口来实现。

我们在3.1.3节中使用http实现了一个服务器：

这段代码中，http.createServer创建了一个http.Server的实例，将一个函数作为HTTP请求处理函数。这个函数接受两个参数，分别是请求对象（req）和响应对象（res）。在函数体内，res显式地写回了响应代码200（表示请求成功），指定响应头为'Content-Type': 'text/html'，然后写入响应体'＜h1＞Node.js＜/h1＞'，通过res.end结束并发送。最后该实例还调用了listen函数，启动服务器并监听3000端口。

1.http.Server的事件

http.Server是一个基于事件的HTTP服务器，所有的请求都被封装为独立的事件，开发者只需要对它的事件编写响应函数即可实现HTTP服务器的所有功能。它继承自EventEmitter，提供了以下几个事件。

□request：当客户端请求到来时，该事件被触发，提供两个参数req和res，分别是http.ServerRequest和http.ServerResponse的实例，表示请求和响应信息。

□connection：当TCP连接建立时，该事件被触发，提供一个参数socket，为net.Socket的实例。connection事件的粒度要大于request，因为客户端在Keep-Alive模式下可能会在同一个连接内发送多次请求。

□close ：当服务器关闭时，该事件被触发。注意不是在用户连接断开时。

除此之外还有checkContinue、upgrade、clientError事件，通常我们不需要关心，只有在实现复杂的HTTP服务器的时候才会用到。

在这些事件中，最常用的就是request了，因此http提供了一个捷径：http.createServer([requestListener])，功能是创建一个HTTP服务器并将requestListener作为request事件的监听函数，这也是我们前面例子中使用的方法。事实上它显式的实现方法是：

2.http.ServerRequest

http.ServerRequest是HTTP请求的信息，是后端开发者最关注的内容。它一般由http.Server的request事件发送，作为第一个参数传递，通常简称request或req。ServerRequest提供一些属性，表4-2中列出了这些属性。

HTTP请求一般可以分为两部分：请求头（Request Header）和请求体（Requset Body）。以上内容由于长度较短都可以在请求头解析完成后立即读取。而请求体可能相对较长，需要一定的时间传输，因此http.ServerRequest提供了以下3个事件用于控制请求体传输。

□data ：当请求体数据到来时，该事件被触发。该事件提供一个参数chunk，表示接收到的数据。如果该事件没有被监听，那么请求体将会被抛弃。该事件可能会被调用多次。

□end ：当请求体数据传输完成时，该事件被触发，此后将不会再有数据到来。

□close：用户当前请求结束时，该事件被触发。不同于end，如果用户强制终止了传输，也还是调用close。

表4-2　ServerRequest的属性

3.获取GET请求内容

注意，http.ServerRequest提供的属性中没有类似于PHP语言中的$_GET或$_POST的属性，那我们如何接受客户端的表单请求呢？由于GET请求直接被嵌入在路径中，URL是完整的请求路径，包括了？后面的部分，因此你可以手动解析后面的内容作为GET请求的参数。Node.js的url模块中的parse函数提供了这个功能，例如：

在浏览器中访问http://127.0.0.1:3000/user?name=byvoid&email=byvoid@byvoid.com，我们可以看到浏览器返回的结果：

通过url.parse^【4】，原始的path被解析为一个对象，其中query就是我们所谓的GET请求的内容，而路径则是pathname。

4.获取POST请求内容

HTTP协议1.1版本提供了8种标准的请求方法，其中最常见的就是GET和POST。相比GET请求把所有的内容编码到访问路径中，POST请求的内容全部都在请求体中。http.ServerRequest并没有一个属性内容为请求体，原因是等待请求体传输可能是一件耗时的工作，譬如上传文件。而很多时候我们可能并不需要理会请求体的内容，恶意的POST请求会大大消耗服务器的资源。所以Node.js默认是不会解析请求体的，当你需要的时候，需要手动来做。让我们看看实现方法：

上面代码并没有在请求响应函数中向客户端返回信息，而是定义了一个post变量，用于在闭包中暂存请求体的信息。通过req的data事件监听函数，每当接受到请求体的数据，就累加到post变量中。在end事件触发后，通过querystring.parse将post解析为真正的POST请求格式，然后向客户端返回。

不要在真正的生产应用中使用上面这种简单的方法来获取POST请求，因为它有严重的效率问题和安全问题，这只是一个帮助你理解的示例。

5.http.ServerResponse

http.ServerResponse是返回给客户端的信息，决定了用户最终能看到的结果。它也是由http.Server的request事件发送的，作为第二个参数传递，一般简称为response或res。

http.ServerResponse有三个重要的成员函数，用于返回响应头、响应内容以及结束请求。

□response.writeHead(statusCode, [headers])：向请求的客户端发送响应头。statusCode是HTTP状态码，如200（请求成功）、404（未找到）等。headers是一个类似关联数组的对象，表示响应头的每个属性。该函数在一个请求内最多只能调用一次，如果不调用，则会自动生成一个响应头。

□response.write(data, [encoding])：向请求的客户端发送响应内容。data是一个Buffer或字符串，表示要发送的内容。如果data是字符串，那么需要指定encoding来说明它的编码方式，默认是utf-8。在response.end调用之前，response.write可以被多次调用。

□response.end([data], [encoding])：结束响应，告知客户端所有发送已经完成。当所有要返回的内容发送完毕的时候，该函数必须被调用一次。它接受两个可选参数，意义和response.write相同。如果不调用该函数，客户端将永远处于等待状态。

4.5.2　HTTP客户端

http模块提供了两个函数http.request和http.get，功能是作为客户端向HTTP服务器发起请求。

□http.request(options, callback)发起HTTP请求。接受两个参数，option是一个类似关联数组的对象，表示请求的参数，callback是请求的回调函数。option常用的参数如下所示。

■host ：请求网站的域名或IP地址。

■port ：请求网站的端口，默认80。

■method ：请求方法，默认是GET。

■path ：请求的相对于根的路径，默认是“/”。QueryString应该包含在其中。例如/search?query=byvoid。

■headers ：一个关联数组对象，为请求头的内容。

callback传递一个参数，为http.ClientResponse的实例。

http.request返回一个http.ClientRequest的实例。

下面是一个通过http.request发送POST请求的代码：

运行后结果如下：

不要忘了通过req.end()结束请求，否则服务器将不会收到信息。

□http.get(options, callback) http模块还提供了一个更加简便的方法用于处理GET请求：http.get。它是http.request的简化版，唯一的区别在于http.get自动将请求方法设为了GET请求，同时不需要手动调用req.end()。

1.http.ClientRequest

http.ClientRequest是由http.request或http.get返回产生的对象，表示一个已经产生而且正在进行中的HTTP请求。它提供一个response事件，即http.request或http.get第二个参数指定的回调函数的绑定对象。我们也可以显式地绑定这个事件的监听函数：

http.ClientRequest像http.ServerResponse一样也提供了write和end函数，用于向服务器发送请求体，通常用于POST、PUT等操作。所有写结束以后必须调用end函数以通知服务器，否则请求无效。http.ClientRequest还提供了以下函数。

□request.abort():终止正在发送的请求。

□request.setTimeout(timeout, [callback])：设置请求超时时间，timeout为毫秒数。当请求超时以后，callback将会被调用。

此外还有request.setNoDelay([noDelay])、request.setSocketKeepAlive([enable], [initialDelay])等函数，具体内容请参见Node.js文档。

2.http.ClientResponse

http.ClientResponse与http.ServerRequest相似，提供了三个事件data、end和close，分别在数据到达、传输结束和连接结束时触发，其中data事件传递一个参数chunk，表示接收到的数据。

http.ClientResponse也提供了一些属性，用于表示请求的结果状态，参见表4-3。

表4-3　ClientResponse的属性

http.ClientResponse还提供了以下几个特殊的函数。

□response.setEncoding([encoding])：设置默认的编码，当data事件被触发时，数据将会以encoding编码。默认值是null，即不编码，以Buffer的形式存储。常用编码为utf8。

□response.pause():暂停接收数据和发送事件，方便实现下载功能。

□response.resume():从暂停的状态中恢复。

4.6　参考资料

□Node.js Manual & Documentation: http://nodejs.org/api/index.html。

□“Understanding process.nextTick()”: http://howtonode.org/understanding-processnext-tick。

□“揭秘Node.js事件”: http://www.grati.org/?p=318。

注　释

【1】文件权限指的是POSIX操作系统中对文件读取和访问权限的规范，通常用一个八进制数来表示。例如0754表示文件所有者的权限是7（读、写、执行），同组的用户权限是5（读、执行），其他用户的权限是4（读），写成字符表示就是-rwxr-xr—。

【2】文件描述符是一个非负整数，表示操作系统内核为当前进程所维护的打开文件的记录表索引。

【3】Pingback是博客系统中用来通知文章被他人引用的一种手段，例如WordPress会自动解析文章中的链接，发送Pingback以告知链接被引用。

【4】url模块的说明参见http://nodejs.org/api/url.html。