全栈开发入门：从Node.js事件系统到流式处理

一、事件驱动编程：Node.js的核心范式

事件循环（Event Loop）是Node.js实现异步非阻塞I/O的核心机制。与传统多线程模型不同，Node.js通过单线程事件循环处理所有I/O操作，配合事件发射器（EventEmitter）实现观察者模式。这种设计使开发者能够用少量线程处理高并发请求，特别适合I/O密集型场景。

1.1 事件发射器基础
Node.js内置的events模块提供了EventEmitter类，所有可触发事件的对象都继承自该类。典型实现如下：

const EventEmitter = require('events');
class MyEmitter extends EventEmitter {}
const emitter = new MyEmitter();
emitter.on('data', (chunk) => {
  console.log('Received:', chunk.toString());
});
emitter.emit('data', Buffer.from('Hello World'));

通过on()方法注册事件监听器，emit()方法触发事件。这种模式广泛应用于网络请求、文件操作等场景。

1.2 错误处理机制
事件系统中的错误处理需特别注意。未捕获的异常会终止进程，因此必须监听error事件：

emitter.on('error', (err) => {
  console.error('Error occurred:', err.message);
});

对于网络服务器等关键应用，建议结合process.on('uncaughtException')实现全局错误监控。

1.3 异步模式对比

回调函数：易导致”回调地狱”，错误处理复杂
Promise：链式调用更清晰，但需配合async/await
事件发射器：适合处理持续发生的事件（如TCP连接）

二、系统级API交互：进程与文件系统

Node.js通过child_process和fs模块提供与操作系统交互的能力，这是构建命令行工具和系统监控应用的基础。

2.1 子进程管理
使用child_process.spawn()可创建子进程执行系统命令：

const { spawn } = require('child_process');
const ls = spawn('ls', ['-lh', '/tmp']);
ls.stdout.on('data', (data) => {
  console.log(`stdout: ${data}`);
});
ls.stderr.on('data', (data) => {
  console.error(`stderr: ${data}`);
});

对于简单命令，exec()提供更简洁的接口：

const { exec } = require('child_process');
exec('ls -lh /tmp', (error, stdout, stderr) => {
  if (error) throw error;
  console.log(stdout);
});

2.2 文件系统操作
异步文件操作示例（推荐使用fs.promises）：

const fs = require('fs').promises;
async function readFile(path) {
  try {
    const data = await fs.readFile(path, 'utf8');
    console.log(data);
  } catch (err) {
    console.error('File error:', err);
  }
}
readFile('./config.json');

对于大文件处理，建议使用流式读取（详见后续章节）。

2.3 跨平台兼容性
处理路径时需使用path模块：

const path = require('path');
const fullPath = path.join(__dirname, 'data', 'file.txt');

os模块提供系统信息查询：

const os = require('os');
console.log(`CPU架构: ${os.arch()}`);
console.log(`空闲内存: ${os.freemem() / 1024 / 1024} MB`);

三、流处理：高效数据传输的基石

流（Stream）是Node.js处理大数据的核心抽象，通过分块传输避免内存溢出，特别适合视频处理、日志分析等场景。

3.1 流类型与组合
Node.js包含四种基础流类型：

Readable：可读流（如文件读取）
Writable：可写流（如文件写入）
Duplex：双向流（如TCP套接字）
Transform：转换流（如zlib压缩）

通过pipe()方法可实现流组合：

const fs = require('fs');
const zlib = require('zlib');
const readStream = fs.createReadStream('input.txt');
const writeStream = fs.createWriteStream('output.txt.gz');
const compressStream = zlib.createGzip();
readStream.pipe(compressStream).pipe(writeStream);

3.2 自定义流实现
创建可读流示例：

const { Readable } = require('stream');
class MyReadable extends Readable {
  constructor(options) {
    super(options);
    this.count = 0;
  }
  _read(size) {
    this.count += 1;
    if (this.count > 5) {
      this.push(null); // 结束流
    } else {
      this.push(`Data chunk ${this.count}\n`);
    }
  }
}
const stream = new MyReadable();
stream.pipe(process.stdout);

3.3 背压处理机制
当消费者处理速度慢于生产者时，需通过readable.pause()和readable.resume()控制数据流：

const readable = getReadableStreamSomehow();
const writable = fs.createWriteStream('file.txt');
readable.on('data', (chunk) => {
  if (!writable.write(chunk)) {
    readable.pause(); // 暂停生产
  }
});
writable.on('drain', () => {
  readable.resume(); // 恢复生产
});

四、工程实践建议

错误处理：所有流操作必须监听error事件
资源释放：使用stream.destroy()或process.on('SIGINT')清理资源
性能监控：结合perf_hooks模块分析I/O瓶颈
模块化设计：将流处理逻辑封装为可复用组件

对于企业级应用开发，建议将上述核心能力与日志服务、监控告警等云原生组件结合。例如使用对象存储处理大文件，通过消息队列实现流式数据处理管道，利用容器平台实现水平扩展。这种架构既能保持Node.js的轻量优势，又能满足高可用需求。

掌握事件系统、系统交互和流处理三大模块后，开发者已具备构建完整Web应用的基础能力。后续可进一步学习框架集成（如Express/Koa）、数据库操作和安全防护等进阶内容。