Node.js là gì? Kiến thức tổng quan từ A – Z về Node.js

Khi lĩnh vực lập trình đang dần phát triển mạnh mẽ, ngày càng có nhiều công cụ được tạo ra để hỗ trợ các nhà phát triển xây dựng các ứng dụng web khác nhau. Trong đó, Node.js nổi bật khi được xem là một nền tảng hữu ích cho các ứng dụng yêu cầu xử lý dữ liệu theo thời gian thực và chuyên sâu. Vậy Node.js là gì? Hãy cùng chúng tôi khám phá chi tiết trong bài viết này để có được kiến thức tổng quan về Node.js nhé.

Node.js là gì?

Node.js (còn được gọi là NodeJS) là một mã nguồn mở chạy trên nền tảng V8 JavaScript runtime (một trình thông dịch JavaScript chạy rất nhanh trên trình duyệt Chrome), được viết bằng ngôn ngữ C++ và JavaScript. Node.js được phát triển bởi Ryan Lienhart Dahl vào năm 2009. Điều đặc biệt của Node.js đó chính là giúp cho các nhà phát triển có thể dễ dàng xây dựng và mở rộng các ứng dụng web.

Cụ thể, Node.js có thể được sử dụng để phát triển nhiều loại ứng dụng khác nhau như ứng dụng dòng lệnh, ứng dụng web, máy chủ REST API hay ứng dụng trò chuyện theo thời gian thực,…. Tuy nhiên, Node.js chủ yếu vẫn được sử dụng để xây dựng các chương trình mạng như web server, tương tự như Java, PHP hoặc ASP.NET. Với tính chất mã nguồn mở, Node.js cũng cho phép người dùng sử dụng miễn phí và luôn được cải tiến liên tục bởi cộng đồng các nhà phát triển trên toàn thế giới.

Các thuật ngữ thường gặp liên quan đến Node.js

Sau khi đã tìm hiểu phần khái niệm Node.js là gì thì bây giờ, hãy tìm hiểu thêm các thuật ngữ còn lại để có cái nhìn sâu sắc hơn về Node.js nhé.

1. I/O (Input/Output)

I/O là một thuật ngữ được viết tắt của input/output và chủ yếu dùng để ám chỉ đến sự tương tác giữa chương trình và hệ thống. Ví dụ: Các hoạt động I/O có thể bao gồm việc đọc, ghi dữ liệu từ, vào disk (ổ đĩa), tạo các yêu cầu HTTP và giao tiếp với cơ sở dữ liệu. Những hoạt động này diễn ra chậm hơn so với việc truy cập bộ nhớ (RAM) hoặc thực hiện một số công việc trực tiếp trên CPU.

2. Asynchronous (không đồng bộ)

Thực hiện không đồng bộ là thuật ngữ chỉ cách thực hiện các tác vụ trong code mà không tuân theo trình tự xuất hiện. Trong lập trình không đồng bộ, chương trình không cần phải đợi tác vụ hiện tại hoàn thành mà có thể tiếp tục thực hiện tác vụ tiếp theo để không bị chậm trễ.

3. Non-blocking (không chặn)

Chặn (resistance) là một động thái ám chỉ đến việc ngăn chặn quá trình thực thi tiếp theo cho đến khi nhiệm vụ đó hoàn thành. Trong khi không chặn (non-resistance) lại đề cập đến hành động không ngăn chặn sự thực thi. Đồng thời, khi được kết hợp với thuật ngữ không đồng bộ ở trên, chúng ta có thể hiểu rằng các phương pháp non-blocking sẽ diễn ra một cách không đồng bộ.

4. Event (sự kiện) và Event-driven programming (lập trình hướng sự kiện)

Các sự kiện là những hành động được tạo ra bởi người dùng hoặc hệ thống, ví dụ như nhấp chuột, hoàn tất việc tải xuống tệp hoặc gặp lỗi phần mềm, phần cứng.

Lập trình hướng sự kiện là một mô hình lập trình mà trong đó, luồng chương trình sẽ được xác định bởi các sự kiện. Một chương trình hướng sự kiện sẽ có nhiệm vụ thực hiện các hành động với mục đích phản ứng lại các sự kiện. Khi một sự kiện bất ngờ xảy ra, nó sẽ nhanh chóng kích hoạt một hàm callback.

Các tính chất của Node.js

Khi tìm hiểu Node.js framework, bạn cần lưu ý đến hai tính chất quan trọng của nền tảng này như sau:

1. Không đồng bộ về bản chất và hướng sự kiện

Các server được tạo ra bằng nền tảng Node.js không bao giờ đợi dữ liệu từ một API cụ thể mà sẽ trực tiếp chuyển sang API tiếp theo. Thay vì chờ đợi và xử lý từng phản hồi của các yêu cầu API trước đó, Node.js tuân theo cơ chế hướng sự kiện để nhận và theo dõi tất cả các phản hồi. Vì vậy mà có thể nói rằng, tất cả các API của Node.js đều không bị chặn (non-blocking).

2. Kiến trúc luồng đơn

Node.js có tính chất hoạt động trên một luồng duy nhất. Theo đó, dựa trên cấu trúc “Mô hình vòng lặp sự kiện đơn luồng”, Node.js có thể xử lý đồng thời nhiều yêu cầu từ phía máy khách.

Vòng lặp sự kiện sẽ được tiến hành thông qua một luồng chính duy nhất. Điều này cho phép Node.js thực hiện toàn bộ các hoạt động I/O mà không hề bị chặn mặc dù JavaScript chỉ có kiến trúc đơn luồng.

Những ưu điểm nổi bật của Node.js

Trước khi bắt đầu sử dụng, việc tìm hiểu những ưu và nhược điểm của Node.js đóng một vai trò quan trọng để bạn có thể hiểu rõ hơn về nền tảng này.

1. Có khả năng mở rộng

Các ứng dụng sử dụng Node.js có khả năng mở rộng vượt trội bởi vì chúng hoạt động không đồng bộ, cũng như cho phép xử lý các yêu cầu cùng lúc một cách hiệu quả. Bên cạnh đó, Node.js cũng hoạt động trên một luồng duy nhất nên khi có yêu cầu mới, nó sẽ bắt đầu xử lý nhanh chóng và sẵn sàng tiếp nhận yêu cầu tiếp theo.

Tuy nhiên, tính năng hấp dẫn nhất của Node.js vẫn là khả năng phân tán ứng dụng theo chiều ngang và điều này đã đạt được nhờ vào việc sử dụng các tiến trình con. Với tính năng này, các phiên bản ứng dụng riêng biệt có thể được cung cấp cho các đối tượng khác nhau, đáp ứng nhu cầu và sở thích của từng khách hàng.

2. Thời gian thực thi mã nhanh

Công cụ thời gian chạy (runtime motor) JavaScript V8 được sử dụng bởi Node.js và cũng là công cụ chính của Google Chrome. Điều này đã mang lại tốc độ thực thi nhanh hơn cho Node.js.

Công cụ JavaScript V8 của Google Chrome là nền tảng cốt lõi của Node.js, giúp mã nguồn được thực thi một cách hiệu quả hơn. Nó có khả năng biên dịch code JavaScript thành code máy để giúp việc triển khai mã trở nên dễ dàng và nhanh chóng.

Ngoài ra, việc áp dụng các khái niệm như lập trình không đồng bộ và hoạt động non-blocking trong các tác vụ I/O cũng đóng góp vào việc tăng cường hiệu suất của Node.js.

3. Khả năng tương thích trên nhiều nền tảng

Node.js không bị phụ thuộc vào bất kỳ phần mềm hay hệ điều hành nào. Hiện nay, các nền tảng khác nhau như Windows, LINUX, UNIX hay MacOS và các thiết bị di động khác đều có thể tận dụng được Node.js.

4. Node.js sử dụng JavaScript

Node.js sử dụng ngôn ngữ JavaScript và tất nhiên, hầu hết các lập trình viên đều quen thuộc với JavaScript. Vì vậy mà đối với họ, việc hiểu và sử dụng Node.js trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết.

Không chỉ vậy, một ưu điểm khác của Node.js đó chính là khả năng có thể viết được toàn bộ cơ sở hạ tầng của các ứng dụng web chỉ với một ngôn ngữ duy nhất là JavaScript. Điều này giúp cho lập trình viên không phải tốn nhiều thời gian để học và sử dụng nhiều ngôn ngữ khác nhau để phát triển ứng dụng.

5. Xử lý dữ liệu nhanh và không có bộ đệm

Việc xử lý dữ liệu trên các luồng khác nhau thường tốn nhiều thời gian. Tuy nhiên, Node.js có thể xử lý dữ liệu một cách nhanh chóng và hiệu quả chỉ trong một khoảng thời gian ngắn.

Với khả năng xử lý và tải tệp cùng lúc, Node.js giúp tiết kiệm rất nhiều thời gian cho việc truyền dữ liệu và video. Điều này đã cải thiện tốc độ tổng thể của ứng dụng một cách tốt nhất. Bên cạnh đó, một điểm đặc biệt của Node.js là dữ liệu không bao giờ được lưu vào bộ đệm trong quá trình xử lý.

6. Node.js có kho thư viện khổng lồ

Node.js được trang bị một thư viện khổng lồ với tên gọi NPM (Quản lý Gói Node) với hơn 50.000 package khác nhau. Chính vì vậy, các nhà phát triển có thể tái sử dụng các module trong mã và tích hợp các chức năng đa dạng vào bất kỳ ứng dụng nào.

Với kho lưu trữ mã nguồn mở này, các lập trình viên sẽ giảm thiểu đáng kể chi phí và công sức phát triển, đồng thời cũng rút ngắn thời gian triển khai và thúc đẩy sự đổi mới trong các giải pháp.

7. Khả năng hỗ trợ cộng đồng mạnh mẽ

Node.js được hỗ trợ bởi cộng đồng to lớn và có sự hỗ trợ mạnh mẽ vì là mã nguồn mở. Do đó, các nhà phát triển có thể tìm kiếm sự giúp đỡ từ các chuyên gia trên toàn cầu để xử lý vấn đề đang gặp phải.

Các thành phần chính của Node.js

Các thành phần chính của framework Node.js hiện nay bao gồm:

1. Module

Các thư viện JavaScript được sử dụng trong ứng dụng Node.js có tác dụng như các mô-đun và chứa đựng nhiều tính năng hữu ích. Để thêm một module vào ứng dụng Node.js, người dùng cần sử dụng hàm request () với tên module được đặt trong dấu ngoặc đơn. Ngoài ra, Node.js cũng cung cấp thêm nhiều module với các chức năng cơ bản và quan trọng cho các ứng dụng web.

2. Bảng điều khiển (Console)

Bảng điều khiển cung cấp phương pháp sửa lỗi tương tự như bảng điều khiển JavaScript cơ bản trong trình duyệt web. Nó sẽ hiển thị các thông báo trên màn hình và gửi đến đầu ra chuẩn (stdout) và đầu ra lỗi (stderr).

3. Cụm (Cluster)

Node.js được tạo ra dựa trên ý tưởng về lập trình đơn luồng. Nó sử dụng một cụm module để cho phép thực hiện đa luồng bằng cách tạo ra các tiến trình con chia sẻ một cổng máy chủ và hoạt động đồng thời.

4. Đối tượng toàn cục (Global)

Các đối tượng toàn cục trong Node.js thường có sẵn trong mọi module. Những đối tượng này bao gồm các module, hàm, chuỗi và nhiều thứ khác. Một số biến toàn cầu phổ biến mà bạn có thể gặp là: __dirname, __filename, module, exports và require,….

5. Luồng (Streaming)

Đây là một công cụ cho phép người dùng đọc và ghi dữ liệu liên tục, Buffer thường được sử dụng để xử lý các luồng chứa dữ liệu nhị phân. Trong đó có tổng cộng 4 loại luồng:

– Readable: Đây là loại luồng mà dữ liệu trong đó có thể được đọc ra.

– Writable: Đây là loại luồng mà dữ liệu có thể ghi được.

– Duplex: Đây là loại luồng có thể đọc và ghi dữ liệu.

– Transform: Đây là loại luồng có thể thực hiện các thao tác trên dữ liệu trong quá trình đọc hoặc ghi.

6. Bộ đệm (Buffer)

Bộ đệm (Buffer) chính là một module hỗ trợ giải quyết các luồng chỉ chứa dữ liệu thuộc dạng nhị phân. Một bộ đệm trống với kích thước là 10 được tạo ra bằng cách sử dụng phương thức: var buf = Buffer.alloc(10).

7. Miền (Domain)

Đây là một bộ phận giúp ngăn chặn các lỗi không được xử lý trong quá trình hoạt động, và có thể được phân loại thành hai cách:

– Internal Binding (thực thi lệnh chạy trong phương thức run): Error emitter (trình phát lỗi) thực hiện mã code trong phương thức run.

– External Binding (được thêm trực tiếp vào miền thông qua phương thức thêm mã): Error emitter sẽ được thêm vào miền trực tiếp thông qua phương thức thêm của nó.

8. DNS

Module này cung cấp tính năng kết nối đến máy chủ DNS và thực hiện việc phân giải domain bằng cách sử dụng dns.resolve(), đồng thời hỗ trợ giải quyết tên miền mà không cần kết nối mạng nhờ phương thức dns.lookup().

9. Xử lý lỗi 

Thông thường, những ứng dụng Node.js thường hay bị mắc phải bốn loại lỗi phổ biến sau:

10. Trình gỡ lỗi (Debugger)

Node.js có tính năng tích hợp sẵn trình gỡ lỗi với ứng dụng của nó. Trình gỡ lỗi Node.js tuy không có nhiều tính năng nhưng vẫn sẽ hỗ trợ việc kiểm tra mã cơ bản. Bạn có thể sử dụng trình gỡ lỗi để tiến hành debug trong cửa sổ dòng lệnh bằng cách sử dụng key “inspect” trước tên tệp JavaScript.

Những ứng dụng, lĩnh vực thường sử dụng Node.js

Node.js là một nền tảng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống, nổi bật cần phải kể đến một số ứng dụng sau:

– Phát triển các ứng dụng web động: Node.js cho phép phát triển các ứng dụng web động, điển hình là các trang web tương tác cao hoặc một số ứng dụng phức tạp, đồng thời cung cấp khả năng xử lý nhiều yêu cầu cùng lúc và xử lý dữ liệu theo thời gian thực.

– Phát triển các ứng dụng web theo thời gian thực: Node.js cung cấp tính năng xử lý sự kiện dựa trên thời gian thực. Điều này giúp cho việc phát triển các ứng dụng web như chat, trò chơi trực tuyến hoặc các ứng dụng tương tác cao.

– Xử lý các yêu cầu API: Node.js được xem là một nền tảng hữu ích để các lập trình viên nhanh chóng xử lý những yêu cầu API, đồng thời cho phép phát triển các ứng dụng web dựa trên API một cách hiệu quả.

– Xử lý các tác vụ đồng bộ và không đồng bộ: Node.js có vai trò rất lớn trong việc hỗ trợ phát triển các ứng dụng web có tính đồng bộ và không đồng bộ, cũng như giúp tăng tốc độ xử lý của chúng.

– Xây dựng các ứng dụng web đơn trang (single-page applications): Node.js cung cấp các thư viện và framework như Sails.js, Express.js và Meteor.js để phát triển các ứng dụng web đơn trang.

– Phát triển các ứng dụng web liên kết với nhiều hệ thống khác nhau (microservices): Node.js cho phép xây dựng các ứng dụng web liên kết với nhiều hệ thống khác nhau như các dịch vụ bên thứ ba, cơ sở dữ liệu, hệ thống phân tán để tạo ra những ứng dụng web mang tính phức tạp và có khả năng mở rộng cao.

Top 5 Node.js framework thông dụng nhất hiện nay

Trong mục này, hãy cùng chúng tôi đi tìm hiểu để khám phá ngay top 5 framework mà các lập trình viên Node.js cần phải biết để ứng dụng vào trong công việc của mình:

– Express.js: Express là một Node.js framework web được yêu thích bởi lợi thế nhanh và đơn giản, nó được nhiều công ty tin dùng và sử dụng rộng rãi trong môi trường thực tế. Vì vậy, bạn có thể hoàn toàn yên tâm khi sử dụng Express.js vì framework này đã được kiểm chứng và áp dụng thành công trong nhiều dự án.

– Koa.js: Koa được coi là một Node.js framework thế hệ mới khi được phát triển bởi những người đã tạo ra Express. Framework Node.js này chủ yếu tập trung vào việc dùng các tính năng mới của ECMA6 như async/await, đồng thời loại bỏ callback hell và xử lý lỗi .

– Meteor.js: Meteor là một Node.js framework full-stack đa nền tảng cho phép xây dựng ứng dụng bằng ngôn ngữ JavaScript. Với Meteor, các developer có thể tạo ra các ứng dụng chạy được trên cả web lẫn các nền tảng di động.

– Sails.js: Sails.js là một Node.js framework MVC tập trung vào việc xây dựng các ứng dụng web sẵn sàng để triển khai trong môi trường sản phẩm. Nó hỗ trợ rất nhiều tính năng cho cơ sở dữ liệu, tự động tạo API, tích hợp sẵn các plugin cho web hay kết hợp với bất kỳ framework giao diện người dùng nào.

– Loopback.js: Loopback là một Node.js framework được sử dụng để xây dựng các API REST chuyên nghiệp từ đầu đến cuối. Framework này được IBM duy trì và ứng dụng phổ biến bởi các công ty hàng đầu trong danh sách Fortune 500 như Bank of America.

Một số câu hỏi thường gặp về Node.js

Bên cạnh những kiến thức tổng quan về Node.js là gì, có thể bạn cũng sẽ gặp phải một số vấn đề cần giải đáp như sau:

1. Node.js có phải là một ngôn ngữ lập trình không?

Node.js thực chất không phải là một ngôn ngữ lập trình. Nói chính xác hơn thì nó là một môi trường runtime được dùng để tiến hành chạy JavaScript bên ngoài trình duyệt.

2. Node.js có phải là framework không?

Node.js không phải là một framework mà là một nền tảng cho việc phát triển ứng dụng server-side bằng JavaScript. Nó cho phép lập trình viên xây dựng các ứng dụng bằng cách sử dụng các module và thư viện có sẵn từ hệ sinh thái Node.js. Nhờ đó mà các lập trình viên có thể giải quyết các nhiệm vụ như xử lý yêu cầu, tương tác với cơ sở dữ liệu, xử lý tác vụ không đồng bộ và nhiều tính năng khác một cách dễ dàng.

3. Node.js là back-end hay front-end?

Một quan điểm phổ biến mà các nhà phát triển thường gặp phải là hiểu lầm Node.js là một framework backend và chỉ được áp dụng trong việc xây dựng máy chủ. Tuy nhiên, thực tế lại không như vậy bởi Node.js có thể sử dụng cả ở phía front-end và backend. Sức mạnh của Node.js nằm ở khả năng linh hoạt và không bị giới hạn bởi cấu trúc sự kiện của nó. Chính điều này đã làm cho nó trở thành một lựa chọn phổ biến cho các nhà phát triển muốn xây dựng một ứng dụng backend linh hoạt và có khả năng mở rộng.

4. Node.js có những hạn chế gì?

Bên cạnh những ưu điểm vượt trội, Node.js cũng tồn tại nhiều điểm hạn chế cần phải khắc phục, bao gồm:

– Node.js gặp khó khăn trong việc mở rộng, vì vậy không thể tận dụng tối đa lợi ích của mô hình đa luồng trên các máy chủ hiện đại.

– Đối mặt với thách thức khó thao tác khi làm việc với cơ sở dữ liệu quan hệ.

– Mỗi callback thường đi kèm với một loạt các callback lồng nhau, làm cho mã nguồn trở nên phức tạp và khó hiểu.

– Yêu cầu có kiến thức sâu về JavaScript để làm việc hiệu quả với Node.js.

– Không thích hợp cho các tác vụ đòi hỏi xử lý nhiều CPU.

Trên đây là những thông tin mà KHAWEB muốn chia sẻ về những kiến thức tổng liên quan đến Node.js là gì. Có thể thấy, với khả năng làm cầu nối giữa JavaScript và được sử dụng cả ở Backend lẫn Frontend, Node.js đã mang lại nhiều lợi ích vượt trội cho các tổ chức trong quá trình đưa vào phát triển các ứng dụng. Vậy nên mà thông qua bài viết này, chúng tôi hi vọng bạn đã nắm những thông tin hữu ích về Node.js để bạn có thể áp dụng hiệu quả vào trong công việc của mình.