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Node.js 應用程式開發

Node.js 介紹

Node.js 是近來非常熱門的新興技術，它是一個網站後端開發框架，使用 Google Chrome 的 V8 JavaScript Engine 為基礎，相當輕量化且速度極快。其事件驅動（event-driven）及非阻斷式（non-blocking）I/O的特性，用於建構高擴充性（scalable）網站應用程式，有相當優秀的表現。

由於 Node.js 速度快、系統資源消耗少，一般而言在相同的硬體配置下，使用 Node.js 可以提供更多的負載量；基於 Node.js 帶來的各種益處，它已經是許多 PaaS 平台支援的開發框架，以下是一些比較常見支援 Node.js 的 PaaS，其中包括微軟的 Windows Azure。

由於 Node.js 尚處在發展速度飛快的階段，發行版本不斷躍進。目前 Cloud Foundry 支援的三個 Node.js 的主要版本：

  • Node.js 0.4.12（node）
  • Node.js 0.6.8（node06）
  • Node.js 0.8.2（node08）

括號內的代碼是 Cloud Foundry 定義的執行環境（runtime）名稱，在建立新的 Node.js 應用程式時，必須依照版本需求做選擇。

最簡易的 Node.js 範例，是一個連接埠（port）為 8000 的網頁服務。從這個範例可以看到，Node.js 本身並不需要依賴其他網站伺服器（如 Apache、Tomcat 或 Nginx），就可以單獨執行運作。對於設計高效能的網站應用程式，Node.js 帶給開發者不少彈性。

var http = require('http');
http.createServer(function (req, res) {
  res.writeHead(200, {'Content-Type': 'text/plain'});
  res.end('Hello World\n');
}).listen(8000, '127.0.0.1');
console.log('Server running at http://127.0.0.1:8000/');

使用 Node.js 開發網站應用程式，通常會搭配其他 Web Application Framework，讓程式撰寫者事半功倍：

Cloud Foundry 與 Node.js 的搭配是很不錯的組合，如果再加上 Cloud9 雲端程式編輯器、GitHub 專案托管，甚至可以讓整個網站的開發都在瀏覽器中完成。

目前 Cloud Foundry 提供的三種主要程式語言：Ruby、Java、Node.js，筆者相當看好 Node.js 的發展。對於記憶體用量斤斤計較的一般 PaaS 收費方案，對於剛開始起步的 Web Application，Node.js 可以說開發快速又省錢，未來要遷移到不同 PaaS 也有非常多選擇。

延伸閱讀

建立 Node.js 開發環境

Node.js 支援多種作業系統，Windows 及 Mac OS X 可以直接下載安裝程式。通常開發者還需要 NPM（Node Package Manager）以管理 Node.js 的套件，目前官方發行的新版 Node.js 安裝程式，已經包含 NPM 工具。

Ubuntu Linux 的使用者，可以使用 apt-get 安裝：

sudo apt-get install nodejs npm

Mac OS X 除使用官方的 .pkg 安裝外，也可以使用 MacPorts 安裝：

sudo port install nodejs

針對 Mac OS X 及 Linux 的使用者，還可以考慮使用 NVM（Node Version Manager）安裝；NVM 可以同時安裝多個 Node.js 版本，並且可以在不同版本間即時切換。

git clone git://github.com/creationix/nvm.git ~/nvm
. ~/nvm/nvm.sh

使用 NVM 查詢有哪些可供安裝的 Node.js 版本：

nvm list-remote

以安裝目前最新版本 0.9.2 為例，只需要指定其版本編號：

nvm install 0.9.2

顯示本地已安裝的 Node.js 版本，可以使用：

nvm list

也可以即時切換不同版本：

nvm use 0.8.12

為了方便日後使用 NVM，可以在 .bashrc 加入一行設定：

echo '. ~/nvm/nvm.sh' >> ~/.bashrc

安裝完成後檢查 Node.js 及 NPM 是否可執行：

node --version
npm --version

接下來，建立一個命名為「app.js」的程式檔，內容如下：

var http = require('http');
http.createServer(function (req, res) {
  res.writeHead(200, {'Content-Type': 'text/plain'});
  res.end('Hello World\n');
}).listen(8000, '127.0.0.1');
console.log('Server running at http://127.0.0.1:8000/');

執行的方法如下，這個指令會建立一個本地端的網頁伺服器，並且回應「Hello World」文字：

node app.js

如果沒有發生錯誤，使用瀏覽器開啟「http://localhost:8000/」，就可以看到執行結果。

發佈 Node.js 程式

建立一個新資料夾（例如 myfirstnode）。

mkdir myfirstnode
cd myfirstnode

將 Node.js 範例儲存為「app.js」。

var http = require('http');
http.createServer(function (req, res) {
  res.writeHead(200, {'Content-Type': 'text/plain'});
  res.end('Hello World\n');
}).listen(8000, '127.0.0.1');
console.log('Server running at http://127.0.0.1:8000/');

使用 VMC 工具的 push 指令，就可以將這個超簡易的 Hello World 程式發佈到 Cloud Foundry。

vmc push

正常情況下，會有以下的畫面訊息。

$ vmc push
Would you like to deploy from the current directory? [Yn]:
Application Name: myfirstnode
Application Deployed URL [myfirstnode.cloudfoundry.com]:
Detected a Node.js Application, is this correct? [Yn]:
Memory Reservation (64M, 128M, 256M, 512M, 1G) [64M]:
Creating Application: OK
Would you like to bind any services to 'myfirstnode'? [yN]:
Uploading Application:
  Checking for available resources: OK
  Packing application: OK
  Uploading (0K): OK
Push Status: OK
Staging Application: OK
Starting Application: OK

Application Name 需要為應用程式定義一個專屬的名稱，如果命名與其他人的名稱重複，發佈應用程式就會失敗。這個範例使用最少的記憶體配置（64MB），VMC 會自動偵測出程式使用 Node.js 開發；這個範例不需要用到資料庫服務，所以在選擇不要與任何服務連結（bind）。

＊您需要將 myfirstnode 名稱更換為其他設定，因為本文的範例在測試時已經先註冊這個名稱了。

使用瀏覽器開啟網址「http://myfirstnode.cloudfoundry.com/」，就可以看到發佈至 Cloud Foundry 的程式已經正常運作。

使用 VMC 的 logs 指令，可以看到程式輸出到 console 的訊息被記錄：

vmc logs myfirstnode

使用 VMC 的 stats 指令，查詢應用程式執行狀態：

vmc stats myfirstnode

狀態查詢結果的範例如下，可以看到應用程式佔用的記憶體、磁碟容量及處理器，以及啟動經過的時間。

+----------+-------------+----------------+--------------+---------------+
| Instance | CPU (Cores) | Memory (limit) | Disk (limit) | Uptime        |
+----------+-------------+----------------+--------------+---------------+
| 0        | 0.0% (4)    | 14.4M (64M)    | 256.0K (2G)  | 0d:0h:39m:48s |
+----------+-------------+----------------+--------------+---------------+

曾經用過其他 PaaS 的 Node.js 開發者，對這個範例也許會發現一個疑問；一般發佈 Node.js 程式到 PaaS，可能需要以下的設定，透過環境變數取得連接埠（port）參數，才可以順利在雲端環境執行（例如 Windows Azure）。

.listen(process.env.port);

早期 Cloud Foundry 執行 Node.js 程式，也同樣需要加上參數，而且必須使用 Cloud Foundry 指定的參數名稱。

.listen(process.env.VCAP_APP_PORT);

但目前新的 Cloud Foundry 已經支援 Auto-Reconfiguration，也就是即使我們在程式碼指定 1337 或 8000 之類的連接埠號碼，發佈到 Cloud Foundry 執行時，會由 PaaS 自動調整為合適的設定。關於 Auto-Reconfiguration 機制可以參考以下連結。

  • Cloud Foundry Now Supports Auto-Reconfiguration for Node.js Applications（http://goo.gl/fUkEf）

使用 Express 框架開發

這一節講解 Node.js 最知名的 Express 開發框架，它簡化建立一個網站應用程式所需的工作，提供樣板引擎（例如 EJS、Jade 等），以及 Cookie/Session 等網站常用的基礎設施。

先用 VMC 的 delete 指令刪除前面建立的應用程式，在本節建立的程式將重複使用同一個命名。

vmc delete myfirstnode

將「app.js」檔案移除，但是保留「myfirstnode」資料夾，接下來繼續在「myfirstnode」這個資料夾下操作。

在使用 Express 前，需要先以 NPM 安裝 Express 相關套件，並且加上「-g」參數，讓 Express 提供的 command-line 工具放在系統共用的位置、並可以直接執行。（sudo 是 Linux 及 Mac OS X 下取得管理者權限的指令，Windows 開發者不需要加上 sudo。）

sudo npm -g install express

測試一下「express」指令是否可以執行，我們使用版本查詢參數。

express --version

在「myfirstnode」資料夾下，開始建立一個全新的 Express 專案。

express .

＊如果不在一個空白資料夾（例如我們使用的 myfirstnode）下操作，則可以指定新專案使用的資料夾名稱，例如：「express myproject」。

執行成功，Express 會列出過程建立的檔案：

create : .
create : ./package.json
create : ./app.js
create : ./public
create : ./public/images
create : ./public/stylesheets
create : ./public/stylesheets/style.css
create : ./routes
create : ./routes/index.js
create : ./routes/user.js
create : ./views
create : ./views/layout.jade
create : ./views/index.jade
create : ./public/javascripts

install dependencies:
  $ cd . && npm install

run the app:
  $ node app

從以上 Express 的提示中，可以知道接下來的步驟。首先是再一次使用 NPM 工具，將專案依賴的套件自動安裝。（請注意不需要加上 sudo！）

npm install

接下來要啟動應用程式，則以 node 執行 Express 新建的 app.js 程式主檔。

node app

執行成功會看到以下訊息，此時可以用瀏覽器打開預設的網址「http://localhost:3000/」。

Express server listening on port 3000

使用「Ctrl + C」終止程式。

再次使用「vmc push」將程式發佈到 Cloud Foundry，步驟與上一節的範例相同。

假設發佈的應用程式命名為「myfirstnode」，發佈成功後，就可以開啟「http://myfirstnode.cloudfoundry.com/」測試結果。

設定 package.json

利用 Express 產生的新專案，包含一個名為 package.json 的設定檔。Node.js 相關的工具會讀取這個設定檔；例如 NPM 套件管理工具，會依照 dependencies 的設定內容，自動下載安裝需要的套件（範例中的套件為 express 及 jade）。

{
  "name": "application-name",
  "version": "0.0.1",
  "private": true,
  "scripts": {
    "start": "node app"
  },
  "dependencies": {
    "express": "3.0.0rc5",
    "jade": "*"
  }
}

因此，專案建立 package.json 設定後，就不需要將 node_modules 資料夾（由 NPM 產生）放到版本控制系統。因為其他開發者只要取得 package.json，再執行一次 npm install 指令，就會重新將相關套件安裝好。

以 GIT 版本控制工具來說，通常會在 .gitignore 檔案中加入一行（node_modules），表示日後將新檔案加到版本控制時，會自動忽略這個資料夾。

但如果你嘗試將 node_modules 刪除後，再把應用程式發佈到 Cloud Foundry，將會發生應用程式無法啟動的錯誤。使用 VMC 的 update 指令，將已經發佈過的應用程式更新。

::
rm -rf node_modules vmc update myfirstnode

Cloud Foundry 提供一份關於 Node.js NPM 的說明，可以得知使用上有所限制。

其中重點是需要用 npm shrinkwrap 將套件相依的版本鎖住（lock down），使用 shrinkwrap 前需要先用 NPM 把相關套件都裝起來。

npm install
npm shrinkwrap

執行後會產生 npm-shrinkwrap.json 這個檔案，接下來就可以重新發佈程式（先將 Cloud Foundry 上的應用程式刪除）。

vmc delete myfirstnode
rm -rf node_modules
vmc push myfirstnode --runtime=node06

這次就可以發佈成功了，仔細觀察 VMC 的訊息，可以看到上傳的檔案體積差異，包含 node_modules 檔案的容量，一個新建的 Express 專案，大約會有 20K，如果把 node_modules 去除，就大概只需要 3K。

Uploading (3K): OK

透過組態檔管理套件版本是一個好的做法，即使用 Java 或 PHP 等其他語言工具，也可以找到類似工具，讓專案只管理自己開發、真正重要的部份。

Node.js helper for CloudFoundry

前面的章節曾經提過應用程式取得各項服務參數（如資料庫連線帳號密碼等），需要使用 Cloud Foundry 透過環境變數傳遞的參數值，其資料為 JSON 格式。

為了方便參數的存取，可以使用「cloudfoundry」這個同名的 Node.js Module，它是一個 helper 的設計，也就是用來幫助開發者簡化程式的撰寫。安裝只要使用 NPM 即可：

npm install cloudfoundry

在 Node.js 程式碼的開頭，需要加上 require 語法。

var cloudfoundry = require('cloudfoundry');

如此就能輕鬆存取相關設定，例如：

//判斷程式是否在 Cloud Foundry 上執行（如果想讓開發和佈署不同階段分別執行不同程式）
cloudfoundry.cloud

//程式使用的 host（網址）
cloudfoundry.host

//程式使用的連接埠
cloudfoundry.port

其他相關語法還有：

cloudfoundry.app
cloudfoundry.services

如果你想存取服務（資料庫）的參數，使用的範例如下：

cloudfoundry.mongodb['service-name'].credentials.hostname
cloudfoundry.mongodb['service-name'].credentials.port
cloudfoundry.mongodb['service-name'].credentials.db
cloudfoundry.mongodb['service-name'].credentials.username
cloudfoundry.mongodb['service-name'].credentials.password

例如我們可以撰寫這個簡單的 Node.js 程式，查詢程式在 Cloud Foundry 執行使用的 IP 位址。

var cloudfoundry = require('cloudfoundry');

var http = require('http');
http.createServer(function (req, res) {
  res.writeHead(200, {'Content-Type': 'text/plain'});
  res.end(cloudfoundry.host);
}).listen(8000, '127.0.0.1');

Cloud9 IDE 雲端整合開發環境

Node.js 這種輕量的開發框架，可以為雲端應用程式開發帶來什麼令人興奮的事呢？相信大家都可以想到各種應用方式，目前已經有名為 Cloud9 IDE 的雲端整合開發環境，支援 Node.js 應用程式的開發，並且可以輕鬆整合 Cloud Foundry 及 Heroku 等 PaaS 的佈署。

Cloud9 本身也是使用 Node.js 開發，它運用不少 Node.js 帶來的好處，讓程式編輯器在瀏覽器中執行，也可以有很棒的使用者體驗。使用現代瀏覽器如 Google Chrome、Firefox 就可以輕鬆使用 Cloud9 IDE。

Cloud9 對開源專案的開發者相當友善，它不僅支援 GitHub Repository 的整合，對於 Open Source 的專案也是免費提供服務。

想像一下整個開發流程都在雲端進行：

  • 使用 Google Docs 整理專案資料
  • 使用 Google+ Hangout 視訊會議
  • 使用 GitHub 管理專案源碼及 Issues/Bugs
  • 使用 Cloud Foundry 發佈應用程式
  • 使用 Cloud9 IDE 撰寫程式碼及測試

也就是說，開發者只需要一台筆電加上行動網路，就可以在雲端打造整個應用程式。或許，你還可以用 Raspberry Pi 打造超迷你、可以放進口袋的電腦，只要用它執行 Arch Linux 或 Android 系統，就可以打開瀏覽器開始進行一天的開發工作。

也許未來很多事情還只能想像，但使用 Cloud9 可能會讓你覺得更多可能性都開始成真。

你可以不必申請新帳號，使用 GitHub 的帳號就可以直接登入 Cloud9 IDE。在個人的 Dashboard 新增一個 Project（Create New Workspace），按下 Start Editing 就可以開始寫程式。

Cloud9 提供幾個很酷的功能，你一定要試試：

目前 Cloud9 的功能以火箭般的速度快速發展，例如你可以直接在 Console 中輸入「express .」，遠端就會幫你建立一個 Express 新專案，然後執行 npm install，同樣在遠端就能完成模組安裝。整個過程都在瀏覽器中發生，你的電腦不需要安裝 Node.js 就可以開發。

在 Cloud9 的 Deployment 選單中，讀者可以看到「Heroku」、「Windows Azure」等選項，可是說好的 Cloud Foundry 在哪裡呢？目前在 Cloud9 發佈 Cloud Foundry 還沒辦法利用 UI 介面操作，而是要先打開一個 Terminal，先手動

cd ~
wget https://github.com/cloudfoundry/vmc/zipball/master
mv master cloudfoundry
unzip cloudfoundry
cd cloudfoundry-vmc-nnnn
bundle

上面的作法是 Cloud9 官方文件建議的方式，但筆者發現其實只要用 RubyGems 安裝 VMC 即可：

gem install vmc

然後記得先切換 Target 和進行 Login。

vmc target api.cloudfoundry.com
vmc login

沒錯！就是這麼簡單，接下來就可以在 Cloud9 IDE 使用本系列文章教學的方法，將建立的 Node.js 應用程式發佈到 Cloud Foundry。

使用 MongoDB 資料庫服務

回到之前建立的 Express 專案，我們開始實作一個存取 MongoDB 資料庫的範例程式。

在 package.json 加入「mongoose」及「cloudfoundry」的 dependencies 設定：

"dependencies": {
  "express": "3.0.0rc5",
  "jade": "*",
  "mongoose": "*",
  "cloudfoundry": "*"
}

然後使用 NPM 安裝套件。

npm install

這個新安裝的套件「mongoose」是 Node.js 的 MongoDB 函式庫，直接使用 Node.js 的 MongoDB Driver 相當麻煩，一個簡單的查詢就需要多層的 JavaScript closure；搭配 mongoose 不僅簡化查詢所需的語法，也提供類似 ORM（物件關聯映射）設計。

我們延續之前使用的應用程式命名「myfirstnode」，並建立一個新的服務：

vmc create-service mongodb

如果建立成功，VMC 會有以下訊息：

Creating Service [mongodb-9bd2c]: OK

由以上訊息可知新服務名稱是「mongodb-9bd2c」，我們還需要將服務和應用程式綁定（bind），才能開始在應用程式中存取服務。

vmc bind-service mongodb-9bd2c myfirstnode

以下的範例程式加在 var app = express(); 前面，使用 MongoDB 記錄應用程式啟動次數。

var mongoose = require('mongoose');
var cloudfoundry = require('cloudfoundry');

var credentials = JSON.parse(process.env.VCAP_SERVICES)['mongodb-2.0'][0]['credentials'];
var db = mongoose.createConnection("mongo://"
     + credentials["username"]
     + ":" + credentials["password"]
     + "@" + credentials["hostname"]
     + ":" + credentials["port"]
     + "/" + credentials["db"]);

var Counter = new mongoose.Schema ({name: String, num: Number});

mongoose.model('Counter', Counter);
var Counter = db.model('Counter');

Counter.findOne({name: 'startup'}, function(err, counter) {
  if(!err) {
    if (!counter) {
      counter = new Counter();
      counter.num = 0;
    }
    counter.num++;
    counter.save(function(err) {
      if(!err) {
        console.log('could not save counter');
      }
    });
  }
});

重新發佈應用程式：

vmc update myfirstnode

接下來建立通道（tunnel），以方便使用 MongoDB Client 手動查詢資料庫內容：

vmc tunnel mongodb-9bd2c

執行以上的指令，會詢問 Cloud Foundry 的密碼，輸入後會上傳「caldecott」這個程式。

看到以下的詢問，輸入 2 選擇「mongo」指令（MongoDB 內建的 Client 程式）。

Starting tunnel to mongodb-9bd2c on port 10000.
1: none
2: mongo
Which client would you like to start?:

你會看到類似以下的訊息，代表 VMC 已經幫你建立一個 MongoDB Client 到 PaaS MongoDB 資料庫的特殊連線：

Launching 'mongo --host localhost --port 10000 -u 6f3aab6a-574e-4901-a0c5-6a42a2a78d49 -p 56201b90-74e1-4898-8779-943a184277fa db'

在 MongoDB Client 直接輸入 MongoDB 查詢語法（JavaScript）：

db.Counter.find();

就可以看到在 Node.js 程式中寫入 MongoDB 的資料。