02-20 18:18 广州软件学院前端工程师发布于广东

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Part4.Node全栈探索：Web 开发框架解析(3/5)

Express 基础：服务端应用开发入门

Express 是一个基于 Node.js 的快速、简洁且灵活的 web 开发框架，它提供了一系列强大的特性来帮助你创建服务端应用。下面是一个使用 Express 完成基本服务端应用开发的步骤指南：

步骤 1：安装 Node.js

首先，你需要在你的计算机上安装 Node.js。你可以从 Node.js 官网下载并安装适合你操作系统的版本。

步骤 2：创建项目目录

在你的计算机上创建一个新的项目目录，例如 express-app，并进入该目录。

mkdir express-app
cd express-app

步骤 3：初始化项目

使用 npm init 命令初始化一个新的 Node.js 项目。这将创建一个 package.json 文件，其中包含项目的元数据和依赖项。

npm init -y

步骤 4：安装 Express

使用 npm install 命令安装 Express。你可以将它作为项目的依赖项添加到 package.json 文件中。

npm install express

步骤 5：创建服务器文件

在项目目录中创建一个新的 JavaScript 文件，例如 server.js，并添加以下代码来创建一个简单的 Express 服务器：

const express = require('express');
const app = express();
const PORT = 3000;

app.get('/', (req, res) => {
  res.send('Hello, World!');
});

app.listen(PORT, () => {
  console.log(`Server is running on port ${PORT}`);
});

这段代码首先导入 Express 模块，并创建一个新的 Express 应用实例。然后，它定义了一个路由处理程序，当访问根 URL (/) 时，将发送一个简单的响应消息。最后，它启动服务器并监听指定的端口（在这个例子中是 3000）。

步骤 6：运行服务器

使用 node 命令运行服务器文件：

node server.js

如果一切顺利，你将在控制台中看到一条消息，指示服务器正在运行并监听指定的端口。现在，你可以打开浏览器并访问 http://localhost:3000 来查看你的 Express 应用发送的响应消息。

扩展功能

这只是一个基本的 Express 应用示例。你可以根据需要扩展它，例如添加更多的路由处理程序、使用中间件来处理请求和响应、连接数据库等。Express 提供了丰富的文档和社区资源来帮助你学习和掌握这些高级功能。

Express 核心功能：路由、模板与错误处理

在 Express 中，路由、模板引擎和错误处理是构建 Web 应用程序时的关键部分。下面我将分别介绍这些概念，并提供如何在 Express 中实现它们的示例。

Express 路由

路由是指如何定义应用程序的端点（URIs）以及如何响应客户端的请求。在 Express 中，你可以使用内置的路由方法（如 get、post、put、delete 等）来定义路由。

示例：

const express = require('express');
const app = express();

// 定义一个 GET 路由
app.get('/', function(req, res) {
  res.send('Hello World!');
});

// 定义一个带有参数的 GET 路由
app.get('/users/:userId', function(req, res) {
  res.send(`User ID: ${req.params.userId}`);
});

const PORT = process.env.PORT || 3000;
app.listen(PORT, () => {
  console.log(`Server is running on port ${PORT}.`);
});

模板引擎

模板引擎允许你使用静态模板文件来动态生成 HTML。Express 支持多种模板引擎，如 Pug、EJS、Handlebars 等。以下是一个使用 EJS 模板引擎的示例。

首先，你需要安装 EJS：

npm install ejs

示例：

const express = require('express');
const app = express();
const port = 3000;

// 设置 EJS 为模板引擎
app.set('view engine', 'ejs');

app.get('/', function(req, res) {
  res.render('index', { title: 'Hey', message: 'Hello there!' });
});

app.listen(port, () => {
  console.log(`Server is running at http://localhost:${port}`);
});

在 views 文件夹中创建一个名为 index.ejs 的文件：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
  <title><%= title %></title>
</head>
<body>
  <h1><%= message %></h1>
</body>
</html>

错误处理

在 Express 中，错误处理是一个重要的部分，它允许你优雅地处理运行时错误和异常，并向客户端发送适当的响应。你可以使用自定义的错误处理中间件来实现这一点。

示例：

const express = require('express');
const app = express();
const port = 3000;

// 模拟一个会抛出错误的路由
app.get('/error', function(req, res, next) {
  next(new Error('Something broke!'));
});

// 自定义错误处理中间件
app.use(function(err, req, res, next) {
  console.error(err.stack); // 打印错误堆栈信息到控制台
  res.status(500).send('Something broke!'); // 向客户端发送 500 状态码和错误消息
});

app.listen(port, () => {
  console.log(`Server is running at http://localhost:${port}`);
});

在这个示例中，我们创建了一个会故意抛出错误的路由 /error。然后，我们定义了一个自定义的错误处理中间件，它会捕获任何传递给 next() 函数的错误，并将错误的堆栈信息打印到控制台，同时向客户端发送一个带有 500 状态码和错误消息的响应。

Express 中间件：设计思想探究

Express 中间件机制是该框架的重要特性之一，允许开发者在处理请求和响应的过程中插入自定义逻辑。中间件可以被视为请求处理流程中的一个“前置处理器”，以便在请求到达路由处理程序之前或在响应发回客户端之前对请求和响应对象进行操作。

中间件的设计思想

功能分离：中间件允许将应用程序的不同功能进行分离。每个中间件函数可以负责处理特定的任务，比如请求验证、日志记录、错误处理、路由、数据解析等，从而使得整体代码结构更加清晰和易于维护。
可复用性：中间件是独立的功能块，可以在多个路由或应用中重复使用。这种模块化设计使得开发者能够创建通用的功能组件，比如身份验证中间件、请求记录中间件等。
请求处理链：中间件在请求/响应周期内以链式结构执行。每个中间件可以选择调用 next() 函数以将控制权传递给下一个中间件，或者结束请求-响应周期。这使得开发者可以灵活地控制处理流程。
灵活性和扩展性： Express 允许开发者根据需要定义中间件，这样可以很容易地扩展应用程序的功能。你可以简单地添加新的中间件，或者改变中间件的执行顺序，以便满足不同的需求。

中间件的工作原理

在每个 HTTP 请求到达服务器时，Express 会依照中间件的注册顺序依次执行每个中间件函数。每个中间件函数接受三个参数：

req: 请求对象，包含请求信息。
res: 响应对象，供中间件发送响应。
next: 函数，用于将控制权传递给下一个中间件。

创建和使用中间件

示例：

以下是如何创建和使用 Express 中间件的示例：

const express = require('express');
const app = express();
const port = 3000;

// 自定义中间件
const myLogger = function (req, res, next) {
  console.log('LOGGED: ' + req.method + ' ' + req.url);
  next(); // 将控制权传递给下一个中间件
};

// 使用自定义中间件
app.use(myLogger);

// 定义路由
app.get('/', (req, res) => {
  res.send('Hello World!');
});

// 错误处理的中间件
app.use(function(err, req, res, next) {
  console.error(err.stack);
  res.status(500).send('Something broke!');
});

app.listen(port, () => {
  console.log(`Server is running at http://localhost:${port}`);
});

中间件的类型

应用级中间件：通过 app.use() 或 app.METHOD()（如 app.get()）来定义，它们只在特定的 Express 实例上工作。
路由级中间件：与特定路由相关联，通过 router.use() 方法定义，适用于更细粒度的控制。
内置中间件：Express 提供的内置中间件，如 express.json() 和 express.urlencoded()，用于处理 JSON 和 URL 编码的请求体。
错误处理中间件：以四个参数（err, req, res, next）定义，用于统一处理应用中的错误。
第三方中间件：可以使用社区提供的中间件，如 body-parser、cookie-parser、morgan 等，来增强 Express 的功能。

总结

中间件机制是 Express 的核心设计思想之一，使得开发具有高度灵活性和可扩展性的 Web 应用变得更加容易。通过中间件，开发者可以实现功能的模块化、重用和清晰的请求处理流程，从而提升了应用的可维护性和可读性。

Express 中间件：使用与自定义实践

在 Express 中，中间件是一个非常重要的概念，它允许你在请求到达路由处理程序之前或之后执行特定的功能。中间件可以用于日志记录、身份验证、请求解析、错误处理等多种用途。下面我们将详细介绍如何使用 Express 中间件以及如何自定义中间件。

使用内置中间件

Express 提供了一些内置的中间件，可以直接使用。以下是一些常用的内置中间件：

express.json(): 解析 JSON 格式的请求体。
express.urlencoded(): 解析 URL 编码的请求体。
express.static(): 提供静态文件服务。

示例：

const express = require('express');
const app = express();
const port = 3000;

// 使用 express.json() 中间件解析 JSON 请求体
app.use(express.json());

// 使用 express.urlencoded() 中间件解析 URL 编码的请求体
app.use(express.urlencoded({ extended: true }));

// 使用 express.static() 中间件提供静态文件服务
app.use(express.static('public'));

app.post('/submit', (req, res) => {
  console.log(req.body); // 解析后的请求体
  res.send('Data received');
});

app.listen(port, () => {
  console.log(`Server is running at http://localhost:${port}`);
});

使用第三方中间件

除了内置中间件，你还可以使用第三方中间件来扩展 Express 的功能。例如，morgan 是一个流行的日志记录中间件。

示例：

首先，安装 morgan：

npm install morgan

然后，在代码中使用它：

const express = require('express');
const morgan = require('morgan');
const app = express();
const port = 3000;

// 使用 morgan 中间件记录请求日志
app.use(morgan('combined'));

app.get('/', (req, res) => {
  res.send('Hello World!');
});

app.listen(port, () => {
  console.log(`Server is running at http://localhost:${port}`);
});

自定义中间件

你可以创建自定义中间件来执行特定的任务。自定义中间件是一个函数，它接受三个参数：req（请求对象）、res（响应对象）和 next（下一个中间件函数）。

示例：

const express = require('express');
const app = express();
const port = 3000;

// 自定义中间件：记录请求时间
const requestTime = function (req, res, next) {
  req.requestTime = Date.now();
  console.log(`Request time: ${req.requestTime}`);
  next(); // 将控制权传递给下一个中间件
};

// 使用自定义中间件
app.use(requestTime);

app.get('/', (req, res) => {
  res.send(`Request received at: ${req.requestTime}`);
});

app.listen(port, () => {
  console.log(`Server is running at http://localhost:${port}`);
});

错误处理中间件

错误处理中间件是一个特殊的中间件，它有四个参数：err（错误对象）、req（请求对象）、res（响应对象）和 next（下一个中间件函数）。

示例：

const express = require('express');
const app = express();
const port = 3000;

// 模拟一个会抛出错误的路由
app.get('/error', (req, res, next) => {
  next(new Error('Something went wrong!'));
});

// 错误处理中间件
app.use((err, req, res, next) => {
  console.error(err.stack);
  res.status(500).send('Something broke!');
});

app.listen(port, () => {
  console.log(`Server is running at http://localhost:${port}`);
});

总结

通过使用内置中间件、第三方中间件和自定义中间件，你可以灵活地扩展和定制 Express 应用程序的功能。中间件机制使得代码更加模块化、可维护和可扩展。无论是处理请求、记录日志，还是处理错误，中间件都能帮助你以一种优雅的方式实现这些功能。

Express 应用进程管理：管理器解析

在开发和部署 Express 应用程序时，使用进程管理器可以帮助你管理应用程序的运行状态、监控性能、处理崩溃和负载均衡等任务。进程管理器在生产环境中特别重要，因为它可以确保应用程序的高可用性和稳定性。

常用的进程管理器

PM2： PM2 是一个流行的 Node.js 进程管理器，提供了丰富的功能，例如负载均衡、自动重启、监控和日志管理。使用 PM2 可以轻松管理和维护 Node.js 应用程序。

安装 PM2：首先，你需要使用 npm 安装 PM2：
```
npm install pm2 -g
```
基本用法：
- 启动应用程序：
```
pm2 start app.js
```
- 查看进程状态：
```
pm2 list
```
- 停止应用程序：
```
pm2 stop app
```
- 重启应用程序：
```
pm2 restart app
```
- 查看日志：
```
pm2 logs
```
- 配置应用程序的重启策略和集群模式：
```
pm2 start app.js -i max  # 使用最大核心数进行负载均衡
```
- 监控内存和 CPU 使用情况：
```
pm2 monit
```
Forever： Forever 是一个简单的命令行工具，用于确保 Node.js 应用程序持续运行，它提供了自动重启功能，但功能相对较 PM2 较少。

安装 Forever：
```
npm install forever -g
```
基本用法：
- 启动应用程序：
```
forever start app.js
```
- 查看正在运行的程序：
```
forever list
```
- 停止应用程序：
```
forever stop app.js
```
Nodemon：尽管 NodeMon 主要用于开发环境，但它也可以用于自动重启 Node.js 应用程序。

安装 Nodemon：
```
npm install -g nodemon
```
基本用法：
- 启动应用程序并监视文件更改：
```
nodemon app.js
```

PM2 进阶功能

PM2 除了基本的进程管理功能之外，还有很多高级功能，帮助你更全面地管理你的 Node.js 应用。

负载均衡： PM2 可以通过集群模式来启用负载均衡，充分利用多核 CPU。
进程守护： PM2 在应用崩溃时能够自动重启它，保持高可用性。
应用监控： PM2 提供一系列监控工具，可以实时查看应用程序的 CPU 和内存使用情况。
日志管理： PM2 自动将输出日志收集并可供查看，方便调试和运维。
启动脚本：使用 PM2 生成启动脚本，以便在服务器重新启动后自动启动应用程序。
```
pm2 startup
pm2 save
```

总结

使用进程管理器（如 PM2）能够大幅提升 Express 应用程序在生产环境下的稳定性与效率。它们不仅可以帮助管理应用的生命周期，还提供监控和日志记录等功能，使得应用程序的运维管理变得更加轻松和可靠。通过合理使用进程管理器，你可以确保在高负载和异常情况下，应用程序能够顺利运行，并为用户提供更好的体验。

Express 安全性与性能优化最佳实践

在开发和部署 Express 应用时，确保安全性和优化性能是至关重要的。以下是一些针对 Express 应用的最佳实践，涵盖安全性和性能优化。

安全最佳实践

1. 使用 HTTPS

确保应用程序通过 HTTPS 进行访问，SSL/TLS 加密可以防止中间人攻击，保护用户的数据。

2. 设置安全相关的 HTTP 头

使用 helmet 中间件来设置各类 HTTP 头，以增强安全性。它可以帮助防范许多常见的安全漏洞。

npm install helmet

const helmet = require('helmet');
app.use(helmet());

3. 防范跨站请求伪造 (CSRF)

使用 CSRF 保护中间件，比如 csurf。这可以防止恶意网站利用用户的身份执行未授权的操作。

npm install csurf

const csrf = require('csurf');
const csrfProtection = csrf({ cookie: true });
app.use(csrfProtection);

4. 处理输入验证

使用库如 express-validator 或 joi 确保输入的有效性与安全性，避免 SQL 注入和 XSS 攻击。

npm install express-validator

const { body, validationResult } = require('express-validator');

app.post('/user', [
  body('email').isEmail(),
  body('password').isLength({ min: 5 })
], (req, res) => {
  const errors = validationResult(req);
  if (!errors.isEmpty()) {
    return res.status(400).json({ errors: errors.array() });
  }
  // 处理有效的请求
});

5. 限制请求频率

使用 express-rate-limit 中间件来防止暴力破解和 DDoS 攻击。

npm install express-rate-limit

const rateLimit = require('express-rate-limit');

const limiter = rateLimit({
  windowMs: 15 * 60 * 1000, // 15分钟
  max: 100 // 每个 IP 限制 100 次请求
});

app.use(limiter);

6. 防止敏感信息泄露

确保不要在错误响应中泄露敏感信息。使用自定义的错误处理程序给用户返回通用的错误信息。

app.use((err, req, res, next) => {
  console.error(err); // 服务器错误被记录
  res.status(500).send('Something went wrong.'); // 不暴露详细错误
});

7. 使用环境变量

不要将敏感信息（如 API 密钥、数据库凭证）硬编码在代码中，使用环境变量来进行配置。可以使用 dotenv 库来管理环境变量。

npm install dotenv

require('dotenv').config();
const dbPassword = process.env.DB_PASSWORD;

性能最佳实践

1. 使用压缩中间件

使用 compression 中间件，可以减少响应体的大小，提高响应速度。

npm install compression

const compression = require('compression');
app.use(compression());

2. 静态文件处理

使用 express.static() 处理静态文件，确保这些文件高效提供。

app.use(express.static('public'));

3. 数据库优化

在与数据库交互时，确保使用适当的索引，避免不必要的查询，且要合理使用连接池。

4. 使用缓存

使用内存缓存（如 Redis）来存储频繁访问的数据，减少数据库查询负担。可以使用 node-cache 或 redis。

npm install

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