作者：何宗諭 / 臺灣大學計算機及資訊網路中心程式設計組幹事
Node.js是一個基於Google V8 JavaScript 引擎所開發出來的Web應用框架(Web application framework)，其輕量與高效能的技術，逐漸成為後端平台開發的主流。Node.js可以讓JavaScript程式不再與瀏覽器綁定，並獨立執行於後端伺服器，其輕量的架構更有利於運用在嵌入式系統。最重要的是，透過NPM(Node Package Manager)官網上的大量模組，可快速建構需求目標，大大減少開發的時程，本文將以一個簡單的實作例子，介紹如何應用NPM開發網路框架。
圖一 Node.js標誌(https://nodejs.org)
前言
早期受限於網路頻寬的限制，為了節省頻寬，一個可以在瀏覽器直接執行的語言JavaScript就此被設計出來，因此我們一般認為JavaScript必定只能在瀏覽器上執行，雖然JavaScript普遍被應用在前端的互動式網頁開發，但事實上它仍可支援後端伺服器的開發。隨著網路資料量的大幅增加，網頁的前後端設計也逐漸分工，為了處理大量的資料運算，後端的網路設計是相當重要，Node.js就是一個基於JavaScript語法，用於開發後端網路伺服器的語言。
與其說Node.js是一個後端程式語言，倒不如把Node.js想像是一種基礎框架，在這基礎框架上，透過結合開放原始碼(Open Source)的資源，讓Node.js變成網路資源的資料庫中心，以便快速建置網路應用程式。對於已熟悉JavaScript的開發者來說，因為語法相似，Node.js可以快速上手，即便是從來沒學過JavaScript的初學者，透過套件管理NPM(Node Package Manager)，也可以快速打造網路應用程式，礙於篇幅有限，本文不探討細部的技術，關於Node.js的語法，網路上有不少資源[7]，可以自行學習參考，本文是假設從來沒有學過JavaScript，也能以實際的例子，一步一步建構其目標網頁。
Node.js與NPM簡介
Node.js開發者Ryan Dahl 最早稱之為web.js，顧名思義就是用以開發Web伺服器的JavaScript套件，之所以後來命名為Node，可以想像一個大型的網路應用必是由許多函式所以組成，若把這些通訊協定應用程式(比如說，http、cookies、Database)都當成一個獨立的節點(node)，而Node.js就是將這些應用程式節點，所集結而成的大型框架。比如說，若要開發一個線上影音串流伺服器，其實並不須瞭解細部的網路通訊協定，也不用去瞭解複雜的影音格式，只要用別人現成已開發的模組，即可完成網路應用程式，當然以上是假設你已經熟悉Node.js與JavaScript的語法。
即便是初學者，在不熟Node.js的情況下，仍可用現成的開發模組，完成簡單的建置，因為Node.js有龐大的套件資源，因此Node.js社群提供了一個套件管理NPM，NPM主要是幫助程式開發者安裝相依的套件，Node.js的其中一個特色是輕量化與可搬移性，因此可以用最小的資源打造屬於自己的環境，並接著使用NPM在local端完成所有相依的套件。
以下介紹如何安裝Node.js以及NPM。
- Windows系統
1. 請至https://nodejs.org/ 官網，下載*.msi檔，並執行安裝。
圖二 Node.js官網
2.此安裝檔也會同時將npm管理套件也安裝好，要查看是否正確安裝，請在Windows的程式集，Node.js目錄下執行Node.js command prompt (這邊請稍微注意，不是Node.js執行檔)，並進入command line模式。
圖三 Node.js command line 啟動
3.執行以下指令node -v和npm -v，即可以看到目前已安裝的版本。
直接執行node，則進入Node.js shell，可執行JavaScript語法，輸入console.log(“Hello World!”);
圖四 Node.js 環境啟動
-Linux系統(以Ubuntu為例)
1.使用app-get 來安裝，若是CentOS則用yum install
$ sudo apt-get install nodejs
$ sudo apt-get install npm
圖五 NPM安裝
2.Linux上node已被更名為nodejs，可用ln -s 指令來連結node為執行檔
$ sudo ln -s /usr/bin/nodejs /usr/local/bin/node
使用node -v 和npm -v 確認是否已安裝成功。
因為apt-get 安裝比較穩定版本，若要最新版本可自行抓原始碼來編譯。 https://github.com/joyent/node.git
Express 網頁框架
到目前為止，我們已安裝好Node.js和NPM，接下來則是要利用NPM開始建構一個新的網頁。我們當然可以用JavaScript語法來打造一個全新網頁，但既然NPM提供了相當多的資源模組，最簡單的方法當然就是利用這些現成的套件，快速建構網頁，其中目前的主流框架為Express和Koa，本文就以Express作為例子來討論。
1. 首先開啟Node.js command promp，建立一個空的目錄，進入後接著安裝express。
$ mkdir sample
$ cd sample
$ npm install express
2. 於是就會在此專案下自動產生一個node_modules的目錄，這個目錄都是放此專案將來會使用到的套件。
圖六 Node.js 主機端套件安裝
3. 接著開啟一個空白記事本，輸入以下程式碼，並存成app.js放在sample專案下。
圖七 第一個Node.js程式
4. 其中require(‘express’)表示載入express模組，然後定義app為其一物件，並使用app.get 定義收到http get的動作，最後在打開port 8000等待，並在command line執行：
$ node app.js
圖八 啟動Node.js程式
5. 最後打開瀏覽器，輸入 localhost:8000 此網址，就完成了第一個簡單網頁。
圖九 第一個Node.js網頁
Express-Generator 快速建置網頁
以上是一個簡單的例子，說明即使我們不瞭解http的通訊協定，我們仍然可以透過express建置一個Web伺服器。事實上還有更便利的方法可以幫助我們快速建構網頁，以下用express-generator的套件來說明。
1. 首先先用npm來安裝，其中 -g 表示此為全域安裝，不會安裝在local端。
$ npm install -g express-generator
2. 安裝好express-generator後，即可快速建置網頁，本文以建置一個sample2為例，其中install .(包含一個句點，別忘了)是在目錄檔安裝所有相依的套件(定義在package.json檔裡)。
$ express sample2
$ cd sample2
$ npm install .
圖十 安裝express-generator
3. 目前此範例，我們完全沒有寫入任何一行程式碼，但整個網頁應程式已經完成了。如圖所示，在sample2專案下已經有完整的程式碼了。
圖十一 已建立的專案
4. 接著在command line輸入
$ npm start
圖十二 已建立的專案
就可以順利運行網頁 localhost:3000 (預設port 3000)
圖十三 自動化產生Express
建置與資料庫連結的應用
用express-generator的工具可以快速建置一個express的框架，然而這只是基礎框架，為了設計出一個能處理大量資料的應用程式，就必須搭配資料庫的應用，一般Node.js主流為MongoDB，因為MongoDB是使用JavaScript為腳本所開發的儲存資料JSON，這意謂著MongoDB與Node.js之間不需要額外的資料轉換即可達成資料交換。以剛剛實作的sample2為例，其檔案目錄下的package.json即是JSON的格式，如圖所示。
圖十四 JSON檔標示套件資訊
此package.json以樹狀的方式提供本應用程式的相關資訊，這種儲存方式被非關聯式資料庫NoSQL所應用，適合大量的資料存取，在效能上有顯著的提升。
在NPM的套件上，為了能便利存取MongoDB，一般推薦mongoose套件，可以利用npm install mongoose安裝此套件，並在程式裡宣告使用var mongoose = require (‘mongoose’)，以下為一個簡單操作MongoDB的範例，可把範例程式儲存成app.js，然後用node app.js來執行，一般如果有錯誤發生，表示可能需要用npm來安裝所需的套件。
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//載入Mongoose套件
var mongoose = require('mongoose');
//連接資料庫，資料表的名稱為Student
mongoose.connect('mongodb://localhost/student');
// 定義Student資料表的模式
var Student = mongoose.model('Student', {
name: String,
score: Number
});
// 建立新的資料
var insert = new Student({ name: 'Apple', score: 60 });
// 定義存入到MongoDB規則
insert.save(function (err) {
// 存入失敗
if (err) {
console.log('Failed');
return;
}
// 存入成功
console.log('Saved');
});
// 指向新的物件
var insert = new Student();
insert.name = 'banana';
insert.score = 80;
insert.save();
//定義查詢資料
Student.find(function(err, students) {
for (var index in students) {
var stu = student[index];
console.log(stu.name);
}
});
Student.find({ name: 'apple' }, function(err, students) {
for (var index in students) {
var stu = student[index];
console.log(stu.name);
}
});
// 尋找分數大於60
Studnet.find({ score: { $gte: 60 } }, function(err, students) {
for (var index in students) {
var stu = student[index];
console.log(stu.name);
}
});
// 尋找學生的姓名資料
Student.find({ name: 'apple' }, function(err, students) {
for (var index in students) {
var stu = student[index];
console.log(stu.score);
}
});
Student.remove({ name: 'banana' }, function(err) {
if (err)
console.log('Delete Failed ');
else
console.log('Deleted');
});
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如程式碼所示，利用mongoose.model的定義，就可以容易的操作save和find的方法，在資料庫裡存取資料，然後用remove 就可以移除資料庫的與法，與一般SQL語法不同的是，在Node.js底下，只要搭配Mongoose套件，即可以使用JavaScript對資料庫操作。由於MongoDB的安裝隨系統的不同有些許的不同，甚至會遇到蠻多問題，都必須花上篇幅才能解釋，因此請自行上網搜尋如何安裝MongoDB，在配合本範例進行資料庫的操作。
結論
礙於篇幅限制，本文僅能簡單的介紹Node.js的基本原理與套件管理NPM的安裝，從一個簡單的例子為出發點，可以看出其精神在於藉由豐富的模組資源，如同節點般組合成一個大型網站，也同時減少開發時程。本文僅用express來介紹如何快速建構網頁平台，事實上在NPM官網[2]中可以找到數十萬套的模組，如何有效的利用模組，打造強大的後端伺服器，才是Node.js的開發精神，在開放原始碼的精神下，期許能用Node.js和JavaScript完成所有的事。
參考資料
[1] Node.js 官網
https://nodejs.org/
[2] NPM 官網
https://www.npmjs.com/
[3] Node.js source code
https://github.com/joyent/node
[4] JSON 格式
https://en.wikipedia.org/wiki/JSON
[5]不一樣的Node.js：用JavaScript打造高效能的前後台網頁程式, 錢逢祥, 蔡政崇, 林政毅, ISBN：9789572242827
[6] Node.js模組參考手冊, 錢逢祥, 蔡政崇, 楊傑文, ISBN：9789572243893
[7] 用 Node.js 學 JavaScript 語言（1）簡介與安裝, 陳鍾誠
http://www.codedata.com.tw/javascript/using-nodejs-to-learn-javascript