Серверный JavaScript. Interesting js

В предыдущих главах подробно рассматривался базовый язык JavaScript, и вскоре мы перейдем ко второй части книги, в которой рассказывается о том, как JavaScript встраивается в веб-браузеры, и описывается обширнейший API клиентского JavaScript. JavaScript – это язык программирования для Веб, и большая часть программного кода на языке JavaScript написана для выполнения в веб-браузерах. Однако JavaScript – это быстрый и универсальный язык с широкими возможностями, и нет никаких причин, по которым JavaScript не мог бы использоваться для решения других задач программирования. Поэтому, прежде чем перейти к знакомству с клиентским JavaScript, мы коротко рассмотрим две другие реализации JavaScript.

Название главы говорит, что она посвящена «серверному» JavaScript, а обычно для создания серверов и для управления ими используются интерпретаторы Node и Rhino. Но под словом «серверный» можно также понимать «все, что за пределами веб-браузера». Программы, выполняемые под управлением Rhino, способны создавать графические интерфейсы пользователя, используя фреймворк Swing для языка Java. А интерпретатор Node может выполнять программы на языке JavaScript, способные манипулировать файлами подобно тому, как это делают сценарии командной оболочки.

Цель этой короткой главы состоит в том, чтобы осветить некоторые направления за пределами веб-браузеров, где может использоваться язык JavaScript. Здесь не предпринимается попытка в полном объеме охватить интерпретатор Rhino или Node, а обсуждаемые здесь прикладные интерфейсы не описываются в справочном разделе. Очевидно, что в одной главе невозможно сколько-нибудь полно описать платформу Java или POSIX API, поэтому раздел об интерпретаторе Rhino предполагает, что читатели имеют некоторое знакомство с Java, а раздел об интерпретаторе Node предполагает знакомство с низкоуровневыми прикладными интерфейсами Unix.

12.1. Управление Java с помощью Rhino

Rhino – это интерпретатор JavaScript, написанный на языке Java, цель которого – упростить возможность создания программ на языке JavaScript, которые могли бы использовать мощь платформы Java. Интерпретатор Rhino автоматически выполняет преобразование простых типов JavaScript в простые типы Java и наоборот, благодаря чему сценарии на языке JavaScript могут читать и изменять свойства и вызывать методы объектов на языке Java.

Как получить Rhino

Интерпретатор Rhino – свободное программное обеспечение, разработанное проектом Mozilla. Вы можете загрузить копию по адресу http://www.mozilla.org/rhino/. Версия Rhino 1.7r3 реализует ECMAScript 3 и ряд расширений языка, описанных в главе 11. Rhino – достаточно зрелый программный продукт, и новые его версии появляются не так часто. На момент написания этих строк в репозитории с исходными текстами была доступна предварительная версия 1.7rЗ, включающая частичную реализацию стандарта ECMAScript 5.

Rhino распространяется в виде JAR-архива. Запускается он командой, как показано ниже:


java -jar rhino1_7R2/js.jar program.js

Если опустить параметр program.js, интерпретатор Rhino запустится в интерактивном режиме, который позволит вам опробовать простенькие программы и однострочные примеры.

Rhino определяет несколько важных глобальных функций, не являющихся частью базового языка JavaScript:

Обратите внимание на функцию print(): мы будем использовать ее в этом разделе вместо console.log(). Интерпретатор Rhino представляет пакеты и классы Java как объекты JavaScript:

Поскольку пакеты и классы представлены как объекты JavaScript, их можно присваивать переменным, чтобы давать им более короткие имена. Но при желании их можно импортировать более формальным способом:

С помощью ключевого слова new можно создавать экземпляры классов языка Java, как если бы это были классы JavaScript:

Интерпретатор Rhino позволяет использовать JavaScript-оператор instanceof для работы с объектами и классами на языке Java:

Как видно из приведенных выше примеров создания объектов экземпляров, интерпретатор Rhino позволяет передавать значения конструкторам Java и присваивать возвращаемые ими значения переменным JavaScript. (Обратите внимание на неявное преобразование типов, выполняемое интерпретатором Rhino в этом примере: JavaScript-строка «/tmp/test» автоматически преобразуется в Java значение типа java.lang.String) Методы Java очень похожи на конструкторы Java, и Rhino позволяет программам на языке JavaScript вызывать методы на языке Java:

Кроме того, Rhino позволяет получать и изменять значения статических полей Java-классов и полей экземпляров Java-объектов из программы на языке JavaScript. В классах на языке Java часто не определяют общедоступные поля, отдавая предпочтение методам доступа. Если в Java-классе определены методы доступа, Rhino обеспечивает доступ к ним, как к свойствам объекта на языке JavaScript:

В языке Java имеется возможность создавать перегруженные версии методов, имеющие одинаковые имена, но разные сигнатуры. Обычно интерпретатор Rhino способен определить, какую версию метода следует вызвать, опираясь на типы аргументов, которые передаются программой на языке JavaScript. Однако иногда бывает необходимо явно идентифицировать метод по имени и сигнатуре:

Для итераций по методам, полям и свойствам Java-классов можно использовать цикл for/in

Rhino позволяет программам на языке JavaScript получать и изменять значения элементов Java-массивов, как если бы они были JavaScript-массивами. Конечно, Java-массивы отличаются от JavaScript-массивов: они имеют фиксированную длину, их элементы имеют определенный тип, и они не имеют JavaScript-методов, таких как slice(). В JavaScript не существует синтаксических конструкций, которые могли бы использоваться интерпретатором Rhino для создания Java-массивов в программах java.lang.reflect.Array:

Программирование на языке Java часто связано с реализацией интерфейсов. Чаще всего с этой необходимостью приходится сталкиваться при разработке графических интерфейсов, когда каждый обработчик события должен реализовать интерфейс приемника событий. Следующие примеры демонстрируют, как это сделать:

Когда Java-метод возбуждает исключение, интерпретатор Rhino продолжает его распространение как JavaScript-исключения. Получить оригинальный Java-объект java.lang.Exception можно через свойство javaException JavaScript-объекта Error:

Здесь необходимо сделать последнее замечание по поводу преобразования типов в Rhino. Интерпретатор Rhino автоматически преобразует простые числа, логические значения и null. Java-тип char интерпретируется в языке JavaScript как число, так как в языке JavaScript отсутствует символьный тип. JavaScript-строки автоматически преобразуются в Java-строки, но (и это может быть камнем преткновения) Java-строки остаются объектами java.lang.String и не преобразуются обратно в JavaScript-строки. Взгляните на следующую строку из примера, приводившегося ранее:

После выполнения этой инструкции переменная version будет хранить объект java.lang.String. Он обычно ведет себя как JavaScript-строка, но существуют важные отличия. Во-первых, Java-строка вместо свойства length имеет метод length(). Во-вторых, оператор typeof возвращает тип «object» для Java-строк. Java-строку нельзя преобразовать в JavaScript-строку вызовом метода toString(), потому что все Java-объекты имеют собственные методы toString(), возвращающие экземпляры java.lang.String. Чтобы преобразовать Java-значение в строку, его нужно передать JavaScript-функции String():

12.1.1. Пример использования Rhino

В примере 12.1 приводится простое приложение для интерпретатора Rhino, демонстрирующее большую часть возможностей и приемов, описанных выше. Пример использует пакет javax.swing со средствами построения графических интерфейсов, пакет jjava.net с инструментами организации сетевых взаимодействий, пакет java.io потокового ввода/вывода и инструменты языка Java многопоточного выполнения для реализации простого приложения менеджера загрузки, которое загружает файлы по адресам URL и отображает ход выполнения загрузки. На рис. 12.1 показано, как выглядит окно приложения в процессе загрузки двух файлов.

Рис. 12.1. Графический интерфейс, созданный с помощью Rhino

Пример 12.1. Приложение менеджера загрузки для Rhino

12.2. Асинхронный ввод/вывод в интерпретаторе Node

Node – это быстрый интерпретатор JavaScript, написанный на языке C++, включающий средства доступа к низкоуровневым интерфейсам Unix для работы с процессами, файлами, сетевыми сокетами и так далее, а также к клиентским и серверным интерфейсам реализации протокола HTTP. За исключением нескольких синхронных методов, имеющих специальные имена, все остальные инструменты интерпретатора Node доступа к интерфейсам Unix являются асинхронными, и по умолчанию программы, выполняемые под управлением Node, никогда не блокируются, что обеспечивает им хорошую масштабируемость и позволяет эффективно справляться с высокой нагрузкой. Поскольку прикладные программные интерфейсы являются асинхронными, интерпретатор Node опирается на использование обработчиков событий, которые часто реализуются с использованием вложенных функций и замыканий.

Клиентский JavaScript также является асинхронным и опирается на использование событий, поэтому вам будет проще понять примеры, которые приводятся в этом разделе, после того как вы прочтете вторую часть книги и познакомитесь с особенностями создания клиентских программ на языке JavaScript.

Этот раздел освещает некоторые наиболее важные инструменты и события, имеющиеся в составе Node, но это описание ни в коем случае нельзя считать полным. Полное описание Node можно найти в электронной документации по адресу http://nodejs.org/api/.

Как получить Node

Node – это свободное программное обеспечение, которое можно загрузить по адресу http://nodejs.org. На момент написания этих строк интерпретатор все еще активно разрабатывался и скомпилированные дистрибутивы не были доступны, однако вы можете собрать собственную копию интерпретатора из исходных текстов. Примеры в этом разделе опробовались под управлением версии Node 0.4. Прикладной интерфейс интерпретатора еще не зафиксирован, однако основные функции, демонстрируемые в этом разделе, едва ли сильно изменятся в будущем.

Интерпретатор Node построен на основе механизма V8 JavaScript, разработанного компанией Google. Версия Node 0.4 использует версию V8 3.1, которая реализует все особенности ECMAScript 5, за исключением строгого режима.

После загрузки, компиляции и установки Node вы сможете запускать программы, написанные для этого интерпретатора, как показано ниже:


node program.js

Знакомство с интерпретатором Rhino мы начали с функций print() и load(). Интерпретатор Node имеет похожие инструменты, но с другими именами:

Интерпретатор Node реализует в глобальном объекте все стандартные конструкторы, свойства и функции, предусмотренные стандартом ECMAScript 5. Однако в дополнение к этому он также поддерживает клиентские функции для работы с таймером set setTimeout(), setInterval(), clearTimeout(), and clearInterval():

Эти глобальные клиентские функции рассматриваются в разделе 14.1. Реализация Node совместима с реализациями интерпретаторов в веб-браузерах.

Интерпретатор Node также определяет и другие глобальные компоненты в пространстве имен process. Ниже перечислены некоторые из свойств этого объекта:

Поскольку функции и методы, реализуемые интерпретатором Node, являются асинхронными, они не блокируют выполнение программы в ожидании завершения операций. Неблокирующий метод не может вернуть результат выполнения асинхронной операции. Если в программе потребуется получить результат или просто определить, когда завершится операция, необходимо определить функцию, которую интерпретатор Node сможет вызвать, когда результат будет доступен или когда операция завершится (или возникнет ошибка). В некоторых случаях (например, в вызове setTimeout(), см. выше) достаточно просто передать методу функцию в виде аргумента, и Node вызовет ее в соответствующий момент времени. В других случаях можно воспользоваться инфраструктурой событий интерпретатора Node. Объекты, реализованные в интерпретаторе Node, которые генерируют события (их часто называют источниками (emitter) событий), определяют метод on() для регистрации обработчиков. Они принимают в первом аргументе тип события (строку) и функцию-обработчик во втором аргументе. Для различных типов событий функциям-обработчикам передаются различные аргументы, поэтому вам может потребоваться обратиться к документации по API, чтобы точно узнать, как писать свои обработчики:

Объект process, представленный выше, является источником событий. Ниже приводится пример обработчиков некоторых его событий:

Поскольку интерпретатор Node позволяет выполнять высокопроизводительные операции ввода/вывода, его прикладной интерфейс к потокам ввода/вывода является одним из наиболее часто используемых в программах. Потоки, открытые для чтения, генерируют события, когда появляются данные, готовые для чтения. В следующем примере предполагается, что s – это поток, открытый для чтения, созданный где-то в другом месте программы. Ниже будет показано, как создавать объекты потоков для файлов и сетевых сокетов:

Потоки, открытые для записи, не так тесно связаны с событиями, как потоки, открытые для чтения. Метод write() таких потоков используется для отправки данных, а метод end() – для закрытия потока, когда все данные будут записаны. Метод write() никогда не блокируется. Если интерпретатор Node окажется не в состоянии записать данные немедленно и во внутреннем буфере потока не окажется сводного места, метод write() вернет false. Чтобы узнать, когда интерпретатор вытолкнет буфер и данные фактически будут записаны, можно зарегистрировать обработчик события «drain»:

Как видно из приведенных примеров, потоки ввода/вывода, реализованные в интерпретаторе Node, могут работать и с двоичными, и с текстовыми данными. Текст передается с использованием простых строк JavaScript. Байты обрабатываются с помощью специфического для Node типа данных Buffer. Буферы в интерпретаторе Node являются объектами, подобными массивам, с фиксированной длиной, элементами которых могут быть только числа в диапазоне от 0 до 255. Программы-, выполняющиеся под управлением Node, часто интерпретируют буферы как непрозрачные блоки данных, читая их из одного потока и записывая в другой. Тем не менее байты в буфере доступны как обычные элементы массива, а сами буферы имеют методы, позволяющие копировать байты из одного буфера в другой, получать срезы буфера, записывать строки в буфер с использованием заданной кодировки и декодировать буфер или его часть обратно в строку:

Инструменты интерпретатора Node для работы с файлами и файловой системой находятся в модуле «fs»:

Для большинства своих методов этот модуль предоставляет синхронные версии. Любой метод, имя которого оканчивается на «Sync», является блокирующим методом, возвращающим значение и возбуждающим исключение. Методы для работы с файловой системой, имена которых не оканчиваются на «Sync», являются неблокирующими – они возвращают результаты или ошибки посредством передаваемых им функций обратного вызова. Следующий фрагмент демонстрирует, как реализуется чтение текстового файла с использованием блокирующего метода и как реализуется чтение двоичного файла с использованием неблокирующего метода:

Для записи в файл существуют аналогичные функции writeFile() и writeFileSync()

Функции, представленные выше, интерпретируют содержимое файла как единственную строку или объект Buffer. Кроме того, для чтения и записи файлов интерпретатор Node определяет также API потоков ввода/вывода. Функция ниже копирует содержимое одного файла в другой:

Модуль «fs» включает также несколько методов, возвращающих список содержимого каталогов, атрибуты файлов и т. д. Следующая ниже программа для интерпретатора Node использует синхронные методы для получения списка содержимого каталога, а также для определения размеров файлов и времени последнего их изменения:

Обратите внимание на комментарий, начинающийся с символов #! в первой строке последнего примера. Это специальный комментарий, используемый в Unix, чтобы объявить сценарий, следующий далее, исполняемым, определив файл интерпретатора, который должен его выполнить. Интерпретатор Node игнорирует подобные строки комментариев, когда они находятся в первых строках файлов.

Модуль «net» определяет API для организации взаимодействий по протоколу TCP. (Для выполнения сетевых взаимодействий на основе дейтаграмм можно использовать модуль «dgram».) Ниже приводится пример очень простого сетевого TCP-сервера, реализованного на основе особенностей Node:

В дополнение к базовому модулю «net» в интерпретаторе Node имеется встроенная поддержка протокола HTTP в виде модуля «http». Особенности его использования демонстрируют примеры, приведенные ниже.

12.2.1. Пример использования Node: HTTP-сервер

В примере 12.2 приводится реализация простого HTTP-сервера, основанная на особенностях интерпретатора Node. Она обслуживает файлы в текущем каталоге и дополнительно реализует два адреса URL специального назначения, которые обслуживаются особым образом. В этой реализации используется модуль «http», входящий в состав интерпретатора Node, и применяются API доступа к файлам и потокам ввода/вывода, демонстрировавшиеся выше. В примере 18.17 в главе 18 демонстрируется аналогичный специализированный HTTP-сервер.

Пример 12.2. HTTP-сервер, основанный на особенностях Node

12.2.2. Пример использования Node: модуль утилит клиента HTTP

В примере 12.3 определяется несколько вспомогательных клиентских функций, использующих модуль «http», позволяющих выполнять GET- и POST-запросы протокола HTTP. Пример оформлен как модуль «httputils», который можно использовать в собственных программах, например:

При выполнении программного кода модуля функция require() не использует обычную функцию eval(). Модули выполняются в специальном окружении, чтобы они не могли определять глобальные переменные или как-то иначе изменять глобальное пространство имен. Это специализированное окружение для выполнения модулей всегда включает глобальный объект с именем exports. Модули экспортируют свои API, определяя свойства этого объекта.

Пример 12.3. Модуль «httputils» для интерпретатора Node