Node.js im Vergleich zu PHP

1 Einführung

1.1 Motivation

Das Internet ist heutzutage aus unserem Alltag kaum mehr wegzudenken. „Die Verbreitung vollzieht sich in einer selbst für computerhistorische Verhältnisse atemberaubenden Geschwindigkeit." Das rasant wachsende Internet bringt auch immer neue Webtechnologien mit sich. Seit 2009 taucht der Begriff Node.js in der IT-Fachpresse mit einer gewissen Regelmäßigkeit auf und wird als „das nächste große Ding" bezeichnet. Mit dem Framework Node.js ist die Möglichkeit zur Entwicklung von serverseitigen Webanwendungen in JavaScript gegeben. Aus diesem Grund kann ein Web-Entwickler die Skriptsprache sowohl client- als auch serverseitig verwenden.

Um dynamische Webapplikationen entwickeln zu können, muss der Webentwickler mehrere Technologien beherrschen. Clientseitig kommt standardkonformes HTML und CSS zum Einsatz. In modernen Applikationen werden diese Technologien von JavaScript und dadurch auch von Ajax ergänzt. Mit einer traditionellen serverseitigen Skriptsprache wie beispielsweise PHP wird die Logik implementiert. Zusätzlich wird noch eine Datenbanksprache zum Speichern, Abfragen, Ändern und Löschen der Nutzdaten einer Webapplikation benötigt. Mit dem Einsatz von Node.js erspart sich ein Entwickler nicht nur das Erlernen einer zusätzlichen serverseitigen Programmiersprache, sondern springt auch gleichzeitig auf einen neuen Hype der Webentwicklung auf.

Die Community um das serverseitige JavaScript-Framework Node.js mag noch verhältnismäßig klein sein, doch sie wächst stetig und gewinnt zunehmend an Professionalität. Nicht nur durch die Integration von Node.js im Dezember 2013 in Microsofts Entwicklungsumgebung Visual Studio ist zu erwarten, dass das Framework eine große Anzahl an Entwicklern dazu gewinnen wird.

1.2 Ziel der Arbeit

Die Arbeit soll dem Leser einen Einblick in das Framework Node.js bieten, dessen grundsätzlichen Aufbau darstellen sowie die wesentlichen Unterschiede gegenüber einer herkömmlichen serverseitigen Skriptsprache im Speziellen PHP aufzeigen. Anhand der Implementierung einer Beispielanwendung, welche die typischen Anwendungsszenarien der herkömmlichen Webentwicklung beinhalten soll, soll geprüft werden, ob Node.js die Werkzeuge mitbringt um eine traditionelle serverseitige Skriptsprache wie PHP ersetzen zu können. Genaueres zum Funktionsumfang der prototypischen Webanwendung wird in Kapitel 3.1 Spezifikation der Anforderungen beschrieben. Ebenso soll diese Arbeit für zukünftige Node.js Interessenten eine Hilfestellung sein, ob und vor allem in welchen Szenarien Node.js die richtige Technologie darstellt.

1.3 Aufbau der Arbeit

Der erste Teil der Arbeit gibt einen Überblick über das Framework Node.js. Es wird zu Beginn auf den derzeitigen Stand der Webentwicklung eingegangen und die wichtigsten Begriffe erklärt, die eine Voraussetzung für spätere Kapitel darstellen. Anschließend werden die wesentlichen Unterschiede von Node.js zu PHP erläutert sowie eine Beispiel-Applikation in Node.js umgesetzt. Zudem wird noch auf Gemeinsamkeiten der beiden Technologien eingegangen.

Im anschließenden Hauptteil der Arbeit steht das Vorgehen bei der Entwicklung einer Node.js Webanwendung im Vordergrund. Es wird zunächst auf die Anforderungen eingegangen, welche die typischen Bestandteile einer modernen Webanwendung darstellen. Anschließend werden unterstützende Technologien und Module beschrieben, bis hin zur Implementierung der beispielhaften Node.js-Anwendung. Neben dem generellen Vorgehen zur Entwicklung werden Vorschläge zur Struktur eines Projektes sowie zur Anwendungslogik gegeben.

Der letzte Teil geht auf die Vor- und Nachteile ein und bewertet, inwieweit sich Webentwickler durch den Einsatz des Node.js Frameworks die zusätzliche Verwendung von weiteren Technologien sparen können und somit sich nicht nur die Webentwicklung erleichtert sondern auch vor allem der Einstieg. Der Schluss geht auf die Szenarien ein, wo sich die Entwicklung mit Node.js besonders eignet, aber auch wann der Einsatz von herkömmlichen serverseitigen Script-Sprachen wie PHP besser ist. Abgerundet wird die Arbeit durch ein persönliches Fazit, sowie einen Ausblick und die Einschätzung über die weitere Verbreitung von Node.js.

1.4 Abgrenzung

Die Arbeit soll die Grundlagen von Node.js vermitteln sowie durch eine Beispielanwendung einen Überblick verschaffen, ob und wie das Framework in der traditionellen Webanwendung einsetzbar ist. Da die Implementierung mit Hilfe von integrierten Modulen erfolgt, werden wichtige Grundlagen wie die Paketverwaltung (Node-Package-Manager) und der Umgang mit Modulen auszugsweise beschrieben. Ein vollständiger Überblick kann aufgrund der umfangreichen Thematik nicht gegeben werden. Aus demselben Grund werden zudem Grundkenntnisse in JavaScript vorausgesetzt. Ferner werden bei der Beschreibung der Node-Module lediglich Grundlagen und Grundprinzipien beschrieben.

Die Beispielanwendung wurde ausschließlich auf dem Linux-basierten Betriebssystem Ubuntu erstellt, weil dies die Entwicklungsumgebung der Firma AllBytes ist und sich „nahezu alle verfügbaren Texte zu Node.js wie beispielsweise Blogeinträge, Anleitungen oder auch die offizielle Dokumentation primär auf unixoide Betriebssysteme" beziehen.

2 Grundlagen

2.1 Web heute

Das World Wide Web wächst rasant. Im Jahr 2012 nutzten das Web schon über 34% der Weltbevölkerung, während es um die Jahrtausendwende nur etwas über 5% waren. Waren Übertragungsraten mit kabelgebundenen Verbindungen im Jahr 2000 mit wenigen Mbit/s noch eine Seltenheit, werden diese heute bereits im mobilen Bereich mit bestehenden UMTS- und LTE-Netzen übertroffen. Die Initiative D21 und Huawei Technologies stellten Anfang 2014 eine Studie zur mobilen Internetnutzung vor:

„Die mobile Nutzung des Internets gewinnt weiterhin an Bedeutung – sowohl mit Blick auf die Anzahl der Endgeräte als auch auf die Nutzung. Aktuell besitzen 37 Prozent der in Deutschland lebenden Bevölkerung ein Smartphone und 13 Prozent ein Tablet, 2012 waren es noch 24 bzw. fünf Prozent. Der Anteil derjenigen, die das Internet über mobile Endgeräte nutzen, ist in Deutschland im Vergleich zum Vorjahr um 13 Prozentpunkte auf 40 Prozent gestiegen. Mehr als jeder zweite stationäre Internetnutzer (53 Prozent) geht heute bereits zusätzlich mobil ins Netz – ein Zuwachs von 18 Prozentpunkten."

Das Internet ist allgegenwärtig und jederzeit verfügbar. Gerade deswegen ist es sowohl für private Haushalte als auch für große Konzerne ein nicht mehr wegzudenkender Bestandteil geworden. Das Web trug zu einem grundlegenden Wandel des Kommunikationsverhaltens bei, zu einer Modernisierung in vielen Bereichen sowie zur Entstehung neuer Wirtschaftszweige. Es werden immer mehr Anwendungen und Systeme ins Web ausgelagert, die von allen Endgeräten abrufbar sein sollen. Responsive Design, die Bedienung durch Touchscreens, gleichzeitig mit Freunden auf Facebook chatten und vom Web proaktiv über die neuesten News informiert werden, sind nur einige der vielen Anforderungen, die moderne Internetnutzer stellen.

Auf der Clientseite steigt JavaScript von der ehemals ungeliebten Sprache zur Lingua Franca der modernen Webentwicklung auf. Derzeit typische Anwendungsgebiete sind die Datenvalidierung von Formulareingaben, Ajax oder Werbebanner und Laufschriften einzublenden. Zahlreiche moderne Webanwendungen wie beispielsweise das soziale Netzwerk Twitter oder große Onlinewarenhäuser wie Amazon oder eBay wären ohne Javascript undenkbar.

Zu serverseitigen Programmiersprachen und deren Verwendungshäufigkeit hat W3Techs eine Marktanalyse durchgeführt. Dabei ist PHP mit 81,1 Prozent die mit Abstand am häufigsten verwendete Programmiersprache. JavaScript war mit einer Verwendungshäufigkeit von unter einem Prozent weit abgeschlagen.

2.2 JavaScript

„The standard name for JavaScript is ECMAScript, because it is defined by the ECMA (an international, private nonprofit standards organization). There are three well-known dialects on the market: JavaScript (trademark of Sun, licensed now to the Mozilla Foundation), ActionScript (trademark of Adobe), and JScript (trademark of Microsoft). At the base, they are the same language, and everyone adds new behavior." Netscape veröffentlichte am 18. September 1995 mit der Vorversion des Netscape Navigators 2.0 einen Browser mit einer eingebetteten Skriptsprache namens LiveScript. Als Netscape und Sun im Dezember eine Zusammenarbeit ankündigten um Java-Applets direkt mit LiveScript steuerbar zu machen, wurde die Sprache in JavaScript umbenannt. Auch Microsoft unterstützt JavaScript seit der Version 3.0 des Internet-Explorers in Form von JScript.

ECMA (European Computer Manufacturers Association) entwickelte in Zusammenarbeit mit Netscape ECMAScript (ECMA-262). Dies war ein wichtiger Schritt und sollte die Grundelemente einer Skriptsprache standardisieren. Seit April 1998 ist ECMAScript eine ISO-Norm: ISO/IEC 16262:1998 – ECMAScript language specification.

„Skriptsprachen müssen als Interpreter-Sprachen in irgendeinen Interpreter implementiert werden, damit sie zum Leben erwachen. Das ist beispielsweise über einen skriptfähigen Browser gewährleistet, wenn man ein Webskript in ein HTML-Gerüst einbindet. JavaScript ist so als eine unmittelbare Ergänzung und Erweiterung zu HTML zu sehen und nur als eingebundener Bestandteil eines HTML-Gerüsts zu verwenden. Webskripte werden als Klartext in eine Webseite direkt notiert oder hinzugebunden und zur Laufzeit interpretiert."

2.3 Was ist Node.js?

2009 entwickelte Ryan Dahl das Framework Node.js, das die serverseitige Implementierung von JavaScript ermöglicht. Node.js ist ein Framework und stellt keine vollständige Laufzeitumgebung dar, es basiert auf Googles V8-Engine, diese kommt auch als JavaScript-Engine in Googles Browser Chrome zum Einsatz.

„Eine JavaScript-Anwendung läuft unabhängig von Anfragen der Clients auf dem Server. Nach dem Start ist die Anwendung an einen bestimmten TCP-Port gebunden und wartet auf Anfragen der Clients. Sobald eine Verbindung aufgebaut ist, besteht die Möglichkeit, dass der Server aktiv mit dem Client kommuniziert." Daher nutzt Node.js nicht für jede eingehende Anfrage einen eigenen Thread, sondern verarbeitet die Anfragen nacheinander auf einem Thread, eine sogenannte Non-Blocking I/O. Auch aus diesem Grund kann Node.js mit einer viel größeren Anzahl von Anfragen fertig werden.

Einen besonderen Schwerpunkt legt Node.js auf die einfache und zugleich hohe Skalierbarkeit von Webanwendungen. Websockets und Streaming sind Kernkonzepte in Node.js, um in der modernen Webentwicklung dem ständig wachsenden Bedarf an zahlreichen gleichzeitigen und dauerhaften Verbindungen gerecht zu werden. Zudem ermöglicht der funktionale Ansatz von JavaScript und deren serverseitige Verwendung in Node.js eine gute parallele Ausführung, d.h. eine Node.js Anwendung kann mehrere Anweisungen, Berechnungen oder Befehle gleichzeitig ausführen. Mit wenigen Zeilen Code lassen sich deshalb leistungsfähige und zeitgemäße Webanwendungen erstellen.

2.4 Begriffsdefinition

In den folgenden Abschnitten werden die wichtigsten Begriffe, die zum Verständnis dieser Arbeit beitragen, näher erläutert.

2.4.1 Module

Module enthalten wichtige Funktionen, mit ihnen können die Fähigkeiten von Node.js zusätzlich erweitert werden. Die Standardinstallation enthält bereits einige integrierte Module, daneben besteht noch die Möglichkeit, Module aus dem Web herunterzuladen und zu installieren, oder selber zu entwickeln. Ein Modul kann entweder eine Datei sein, dann befindet sich sämtlicher Code genau in einer Datei, oder bei komplexeren Modulen ein ganzes Verzeichnis. Wird ein Modul erfolgreich installiert, meldet der Node Package Manager die installierte Version des Moduls sowie den Pfad, in den das Modul installiert wurde. Die Abhängigkeiten zwischen einer Anwendung und deren genutzten Modulen werden mithilfe des Namens eines Moduls sowie der Versionsnummer in der package.json Datei festgehalten.

2.4.2 NPM – Node Package Manager

Die Paketverwaltung von Node.js nennt sich npm (Node Package Manager) und dient zur Verwaltung von Modulen. Mit dem Node Package Manager kann man Module installieren, aktualisieren, entfernen aber auch suchen. Seit der Version 0.6.3 von Node.js entfällt die gesonderte Installation von npm, da die Paketverwaltung bereits in der Standardinstallation enthalten ist.

2.4.3 Middleware & Connect

Connect ist ein Modul für Node.js Anwendungen, das ein Framework darstellt und Entwicklern hilft Middleware in Anwendungen einzubauen. Auf Node.js bezogen bedeutet Middleware eine weitere Schicht zwischen dem Client und der Anwendungslogik.

„Die grundlegende Idee von Middleware im Allgemeinen und Connect im Speziellen ist, die direkte Verbindung zwischen eingehenden Anfragen und der verarbeitenden Webanwendung zu trennen, um Infrastrukturcode zwischen beiden Punkten einfügen zu können. Dazu dienen der Middleware verschiedene Module, die unterschiedliche Aufgaben wahrnehmen, beispielsweise Authentifizierung oder Internationalisierung. Diese schaltet die Middleware in Reihe, sodass jede eingehende Anfrage zunächst die gesamte Kette von Modulen durchlaufen muss, bevor sie sich schließlich von der eigentlichen Webanwendung verarbeiten lässt. Sofern alle beteiligten Module die gleichen Schnittstellen bedienen, erlaubt dieses Prinzip das für die Webanwendung transparente Einfügen beliebiger Module in beliebiger Reihenfolge innerhalb der Middleware."

2.4.4 Express

Express ist ein flexibles Webframework, das viele Features zum Entwickeln von modernen Webanwendungen beinhaltet. Das Framework kümmert sich um die primären Belange einer Webanwendung wie das Routing von Anfragen, sowie um die sekundären Belange wie Authentifizierung und Internationalisierung. Express baut auf das Middleware-Framework Connect auf, aus diesem Grund kann man auch Middleware in Express verwenden. Die Installation von Express erfolgt mit Hilfe von npm über die Konsole. Anschließend wird Express mit der require-Funktion in die Anwendung eingebunden.

2.4.5 MongoDB

Um Daten einer modernen Webanwendung sicher verwalten zu können, wird meist das lokale Dateisystem oder eine Datenbank verwendet. Im Vergleich zu relationalen Datenbanken, die ihren Fokus vor allem auf den Aspekt der Konsistenz legen, stellen NoSQL-Datenbanken eine bessere Verfügbarkeit in den Vordergrund. MongoDB ist eine NoSQL-Datenbank, da diese sehr einfach zu verwalten ist und eine JavaScript-fähige Schnittstelle besitzt, die nativ JSON spricht, bietet sich die Verwendung in Verbindung mit Node.js an. MongoDB (von „humongous") ist eine dokumentenorientierte Datenbank. Ein Dokument ist gleichzusetzen mit einem JSON-Objekt. MongoDB kann kostenlos für unixoide Betriebssysteme und Windows heruntergeladen werden.

Besonderheiten von MongoDB:

• Schemafreiheit: Dokumente, die in MongoDB abgelegt werden, können eine beliebige Struktur haben
• Indizierung: MongoDB ermöglicht die Indizierung von Dokumenten auf sämtlichen Attributen
• Replikation: Zur Verteilung der Last beziehungsweise Ausfallsicherheit werden verschiedene Arten von Replikation unterstützt
• Sharding: MongoDB unterstützt das Sharding, das heißt, das Aufteilen großer Datenmengen über mehrere Server hinweg
• Map/Reduce: Diese Art der Anfragen wird nativ von MongoDB unterstützt
• GridFS: Es kann ein verteiltes Dateisystem aufgebaut werden, das beliebig große Dateien speichern kann

2.4.6 Twitter Bootstrap

Bootstrap ist ein kostenloses CSS/HTML5-Framework, das von Twitter bereitgestellt wird. „Twitter bezeichnet seinen Werkzeugkasten als Toolkit für den Entwicklungs-Kickstart und in der Tat kümmern sich die Twitter-Developer um alle wesentlichen Aspekte beim Bau moderner Web Apps und Websites. Dabei unterstützt es die gängigen Browser und verspricht sogar Unterstützung für den IE ab Version 7." Bootstrap ist ein modular aufgebautes Framework und im Kern besteht es aus den LESS-Stylesheets, welche die Komponenten des Toolkits implementieren.

Bootstrap wird standardmäßig mit einem zwölfspaltigen Grid-Layout ausgeliefert, das eine standardmäßige Breite von 940 Pixel besitzt. Der Entwickler kann dem Layout durch Verändern der CSS-Klassen seinen eigenen gewünschten Style hinzufügen. Zudem bietet das Framework Responsive Webdesign für folgende Gerätetypen:

• Mobiltelefon
• Hoch- und querformatige Tablets
• PCs mit geringer und hoher (Widescreen-)Auflösung

Dabei passt sich die Breite der Spalten des Grid-Layouts automatisch der zur Verfügung stehenden Fensterbreite an.

2.5 Wesentliche Unterschiede von Node.js zu PHP

Es ist wichtig zu verstehen, dass es sich bei PHP um eine Scriptsprache handelt. Diese kann zwar eine Website generieren, aber sie nicht selbst an den Besucher ausliefern. Darum wird typischerweise ein Webserver zwischen den Besucher und PHP geschaltet. Ruft der Besucher nun eine mit PHP betriebene Website auf, startet der Webserver das PHP-Script, welches die angeforderte Seite dann generiert. Abschließend wird die fertig generierte Website an den Besucher zurückgesendet.

Node.js ist hingegen keine Scriptsprache, sondern ein Framework, das wiederum die Scriptsprache JavaScript enthält. Neben JavaScript besteht Node.js auch aus Modulen, die man innerhalb der Scriptsprache verwenden kann. Eines dieser Module ist für das HTTP-Protokoll und somit für Webseiten und Anwendungen zuständig. In einer Node.js Anwendung ist die Anwendung selbst der Webserver – eine zusätzliche Webserver-Software ist daher nicht erforderlich.

2.5.1 Synchron & Asynchron

Einen wesentlichen Unterschied zwischen PHP und Node.js stellt die Kommunikation dar. PHP kommuniziert mit synchroner oder auch blockierender I/O, im Gegensatz dazu verwendet Node.js die asynchrone oder auch die sogenannte Non-Blocking I/O. Bei synchroner oder auch blockierender I/O bewirkt ein lesender Befehl, dass das Programm so lange einfriert, bis die zu lesenden Daten verfügbar sind. Die CPU verbringt also die meiste Zeit mit dem Warten auf Daten, aber nicht mit dem Rechnen, obwohl vielleicht noch einige Berechnungen durchgeführt werden müssten. Damit ein Webserver trotz blockierender I/O auch noch andere Anfragen beantworten kann, startet der Server einfach für jede Anfrage einen eigenen Thread. Es wird viel Arbeitsspeicher mit Programmen belegt, die auf Daten warten. Die Performance einer blockierenden I/O wird durch die Anzahl der verfügbaren Threads begrenzt.

Asynchrone Kommunikation dagegen verspricht eine bessere Nutzung der Ressourcen. Node.js läuft normalerweise in einem Thread, der sich in einer endlos laufenden Ereignisschleife, der Event-Loop, befindet. Benötigt eine Anfrage aus einer Webanwendung zum Beispiel Daten aus der Datenbank, schreibt oder liest von der Festplatte, so wird das im Hintergrund ausgeführt. Die Event-Loop registriert das, das Programm läuft weiter und es werden weitere Anfragen bearbeitet. Wenn beispielsweise die Anfrage auf die Datenbank fertig ist, wird dies über eine Callback-Funktion an die Event-Loop gemeldet, welche die nächsten Schritte zur Auslieferung der Daten anstößt.

„Sind mehrere Prozessoren vorhanden, können entsprechend viele Node.js-Prozesse gestartet werden. Die Kommunikation zwischen diesen muss, da es sich um getrennte Prozesse handelt, per Interprozess-Kommunikation erfolgen, also beispielsweise über TCP/IP. Auf diese Weise macht es für in Node.js entwickelte Webanwendungen keinen Unterschied, auf wie vielen Maschinen sie ausgeführt werden: Die Kommunikation mit anderen Node.js Prozessen findet immer auf die gleiche Art statt."

2.5.1.1 Beispiel Asynchron & Synchron

Startet man eine JavaScript-Anwendung mit Node.js, wird zunächst „Hallo" ausgegeben und nach einer Pause von zwei Sekunden der Text „Welt". Das ist ein Beispiel für den synchronen, nicht blockierenden Ablauf in Node.js. Die Ausführung wird nach der ersten Anweisung nicht pausiert, sondern setzt sofort mit der nächsten Anweisung fort. Wird dieser Codeblock beispielsweise mit PHP in einer LAMP-Umgebung ausgeführt, dann friert das System für zwei Sekunden ein, gibt zunächst „Welt" aus und fährt direkt im Anschluss mit der Ausgabe von „Hallo" fort.

2.5.2 Programm-Ablauf

In PHP wird bei jedem Script-Ablauf genau eine Seite generiert. Das heißt, wird eine PHP-Anwendung fünf Mal aufgerufen oder fünf Mal aktualisiert, so wird das PHP-Script auch 5 Mal durchlaufen und ausgeführt.

„In Node.js wird eine Anwendung nur einmal gestartet, die Verbindung bleibt erhalten und nimmt alle Anfragen in einem Ablauf entgegen. Dies ermöglicht es Daten zum Beispiel durch Variablen zwischen mehreren Anfragen zu teilen, eine Variable wird nur einmal initialisiert. Mit PHP ist das nicht möglich, da diese Variablen bei jeder Anfrage neu initialisiert werden. Es müsste eine Datenbank oder ähnliches genutzt werden um Daten zwischen den einzelnen Skript-Abläufen teilen und verwenden zu können."

3 Anforderung und Analyse an die Beispiel-Applikation

Nachdem alle Grundlagen und Voraussetzungen, die zum Verständnis dieser Arbeit benötigt werden, in den letzten Kapiteln beschrieben wurden, werden in diesem Kapitel für die zu implementierende prototypische Webanwendung der genaue Funktionsumfang definiert und anschließend die Ausgangslage analysiert.

3.1 Spezifikation

Das Unternehmen AllBytes, unter deren Namen diese Arbeit entstand, hat für die hier entwickelte Beispiel-Anwendung einen groben Funktionsumfang vorgegeben. Laut diesen Vorgaben sollte die Beispiel-Anwendung alle typischen Bestandteile einer modernen Webapplikation beinhalten. Folgende Hauptfunktionalitäten sollte die Applikation besitzen:

• Anmelden und Abmelden eines Benutzers. Beim Anmelden soll eine Session erstellt und beim Abmelden des Users wieder zerstört werden
• Es sollen Daten mit Hilfe der NoSQL-Datenbank MongoDB verwaltet werden
• Das Anlegen, Ändern und Löschen von Daten soll aus der Anwendung heraus ermöglicht werden
• Zusätzlich soll es eine Ansicht geben, die eine Übersicht über die gespeicherten Daten der Datenbank gibt
• Außerdem soll Twitter Bootstrap in die Applikation eingebunden werden und die grafische Darstellung über das Framework erfolgen
• Auf das lokale Dateisystem aus der Anwendung heraus zugreifen und Dateien hochladen können

Außerdem war es Teil der Anforderung, dass die Webanwendung in folgenden Browsern funktionieren soll:

• Chrome Browser von Google
• Mozilla Firefox von Mozilla Foundation
• Internet Explorer von Microsoft
• Opera von Opera Software ASA

Da Node.js noch ein sehr junges Projekt ist, werden nur die aktuellsten Versionen der jeweiligen Browser beachtet. Hauptintention für das Unternehmen AllBytes ist hierbei, vor allem den Know-How-Zuwachs im Bereich der serverseitigen JavaScript-Entwicklung sowie eine Vorreiterposition im Umgang mit neuartigen Technologien einzunehmen. Es stehen in der Zukunft interessante und vor allem moderne Projekte in Aussicht. Bei diesen Projekten sollen die Arbeit und die dadurch entstandenen Erfahrungen helfen:

• Die richtige Technologie auszuwählen
• Umsetzbarkeit von geplanten Technologien besser einschätzen zu können
• Herangehensweise an ein Node.js Projekt zu verdeutlichen
• Aufwandsschätzung zu erleichtern

Um einen besseren Überblick über die funktionalen Anforderungen der Beispiel-Anwendung zu gewinnen, werden diese mit Hilfe eines Use-Case-Diagramms veranschaulicht. Ein Use-Case-Diagramm wird verwendet, um Funktionalitäten, die das zu entwickelnde System bereitstellen soll, aus Anwendersicht zu beschreiben. Dabei gibt es im Allgemeinen vier verschiedene Bestandteile: Systeme, Akteure, Anwendungsfälle und Beziehungen. In diesem Fall ist der Benutzer der einzige Akteur. Die eigentliche Beispiel-Anwendung wird als Node.js Applikation bezeichnet. Innerhalb der Systemgrenze der Node.js Applikation befinden sich die Anwendungsfälle, welche durch Beziehungen miteinander verknüpft sind.

Bevor der User Zugriff auf die Anwendungsfälle „Übersicht ansehen", „Kunde speichern", „Kunde bearbeiten", „Kunde löschen" oder „Kunde ansehen" hat, muss er zunächst den Anwendungsfall „Anmelden" durchlaufen, da dieser eine Vorbedingung für alle anderen Anwendungsfälle darstellt. Ist der User erst einmal angemeldet, kann er z.B. den Anwendungsfall „Kunde speichern" starten. Hat der User den Kunden erfolgreich gespeichert, kann er alle gespeicherten Kunden mit dem Anwendungsfall „Übersicht ansehen" betrachten. Optional kann er die bereits gespeicherten Kunden mit dem Anwendungsfall „Kunde löschen" löschen oder mit „Kunde bearbeiten" bearbeiten.

Die fertige Spezifikation der Beispiel-Applikation beschreibt ein Node.js-Programm, das Zugriff auf eine MongoDB-Datenbank und auf das lokale Dateisystem bietet. Mit dieser Anwendung ist es möglich Kunden in der Datenbank zu speichern, diese zu löschen und zu bearbeiten. Voraussetzung um Zugriff auf diese Funktionen zu haben, ist eine erfolgreiche Authentifizierung eines Users.

3.2 Analyse der Ausgangssituation

Vor Beginn der Entwicklung der Beispiel-Applikation liegt es nahe, nach Diensten und Technologien zu recherchieren, die das Entwickeln von Webanwendungen unterstützen und erleichtern.

3.2.1 Unterstützende Node.js Technologien

Twitter Bootstrap ist ein HTML5/CSS-Framework, das die Entwicklung der GUI erheblich erleichtern soll. Mit Bootstrap können sehr anschauliche und aufwendige HTML-Templates erstellt werden. Es gibt auch schon vorgefertigte Open-Source-Templates, die zur Verwendung bereitgestellt werden.

Um eine Node.js-Anwendung wirklich produktiv betreiben zu können, empfiehlt sich die Verwendung eines bestehenden Webservers als Reverse Proxy. Ansonsten kann nur eine einzige Anwendung auf Port 80 gebunden werden. Ein bestehender Webserver ist auf die Verarbeitung von Anfragen für verschiedene Anwendungen ausgelegt und bringt die Analyse des Hostreaders bereits von Haus aus mit. „Um die hochskalierbare Ausführung von Node.js nicht durch den Einsatz eines unpassenden Webservers zu beeinträchtigen, empfiehlt sich ein Webserver, der die gleiche Art der Skalierung wie Node.js nutzt. Ein solcher steht beispielsweise mit Nginx zur Verfügung, der kostenlos als Open Source entwickelt wird und unter anderem für den Betrieb von GitHub und WordPress eingesetzt wird." Nginx baut ebenfalls auf eine asynchrone und ereignisorientierte Architektur.

3.2.2 Unterstützende Node.js Module

Außerdem sollte noch klargestellt werden, welche Module die passenden Funktionen zur Entwicklung moderner Webanwendungen mitbringen und somit ins Projekt eingebunden werden sollten. Das http-Modul erhält einen extra Abschnitt, da es das fundamentalste Modul für eine Webanwendung ist.

3.2.2.1 Das http-Modul

Hypertext Transfer Protocol (HTTP) ist ein Protokoll, das für die Kommunikation über das Internet zuständig ist. Mit jeder Anfrage und Antwort wird ein HTTP-Header gesendet, der verschiedene Informationen enthält. Beispielsweise Status-Code, Datum und den Type of content. Das http-Modul enthält Funktionen zum Implementieren von Webservern und Webclients.

Erläuterung der Webserver-Implementierung in Node.js:

• In der ersten Zeile wird das http-Modul mit der require-Funktion in das Projekt geladen, um die Funktionen und Objekte des Moduls nutzen zu können. Diese werden in der Variablen „http" gespeichert.
• In Zeile 2 wird die Funktion des Moduls createServer aufgerufen und ein Webserver-Objekt erzeugt.
• Der Inhalt der anonymen Callback-Funktion sagt, was der erzeugte Webserver machen soll, wenn eine Anfrage eintrifft. Über die beiden Parameter req und res erhält man Zugriff auf die zugrunde liegende Anfrage und die dazugehörige Antwort. In diesem Fall wird „Hallo Welt" zurückgegeben und die Verbindung beendet.
• In der vierten Zeile wird eine weitere Funktion „listen" aufgerufen. Dieser Funktion wird der Port und Host übergeben.

Der Webserver des Codebeispiels kann unter der Adresse http://127.0.0.1:3000 aufgerufen werden.

3.2.2.2 Weitere unterstützende Module

• https-Modul: Dieses Modul hat die gleiche Funktionalität wie das http-Modul, allerdings auf Basis des https-Protokolls
• url-Modul: Das url-Modul verfügt über Funktionen zum Analysieren und Formatieren von URLs. Kann eine URL in ein Objekt auflösen, in dem Hostname, Port und Pfad getrennt aufgeschlüsselt sind
• fs-Modul: Enthält Funktionen, die Zugriff auf das lokale Dateisystem bieten. Es gibt die üblichen Verzeichnisoperationen wie Erzeugen, Umbenennen, Verschieben und Löschen, aber auch Funktionen zum Lesen und Schreiben von Dateien
• express-Modul: Express ist ein flexibles Webframework
• stylus-Modul: Das stylus-Modul muss per Hand in Express registriert werden, es erzeugt statische CSS-Dateien, die dann in die Anwendung eingebunden werden
• mongoskin-Modul: Das Modul mongoskin orientiert sich an der nativen Schnittstelle von MongoDB und ist zugleich einfach zu verwenden. Mit mongoskin kann man z.B. eine Verbindung aus der Anwendung heraus zur MongoDB-Datenbank aufbauen
• passport-Modul: passport ist ein Modul für Express, das sich um die Authentifizierung von Benutzern kümmert. Es können auch zahlreiche verschiedene Authentifizierungsanbieter wie Twitter und Facebook integriert werden. Dieses Modul bringt auch Funktionen zur Erstellung von Sessions mit
• moment-Modul: Dieses Modul verbessert den Umgang mit Datums- und Zeitwerten in JavaScript. Außerdem kann Moment.js direkt im Browser verwendet werden
• node-force-domain-Modul: node-force-domain ist eine Middleware für Connect und Express, das alle Anfragen auf den Webserver auf eine Standarddomain umleiten kann

3.2.3 Datenbank

Mit Node.js können sowohl NoSQL-Datenbanken, aber auch klassische relationale Datenbanken angesprochen werden. Allerdings verfügen die meisten relationalen Datenbanken über keine native JavaScript-Schnittstelle. Das heißt, man braucht zusätzlich noch eine Datenbanksprache um mit der Datenbank kommunizieren zu können. Ob eine relationale Datenbank mit Node.js angesprochen werden kann, liegt an der Verfügbarkeit eines entsprechenden Moduls. Welche Datenbank letztendlich zum Einsatz kommt, sollte anhand der individuellen Anforderungen an eine Webapplikation entschieden werden.

In der Beispiel-Applikation ist die Wahl auf MongoDB gefallen, da MongoDB eine JavaScript-Schnittstelle besitzt und somit nativ JSON spricht. Außerdem erspart man sich durch den Einsatz von MongoDB die bereits angesprochene zusätzliche Datenbanksprache.

3.2.3.1 Datentausch mit JSON

Die JavaScript Object Notation, kurz JSON, ist ein kompaktes Datenformat zum Zweck des Datenaustauschs zwischen Anwendungen. JSON ist unabhängig von der Programmiersprache, es existieren Parser in allen verbreiteten Sprachen wie beispielsweise PHP und Java. Ein weiterer Vorteil dieses kompakten Datenformats ist die leichte Lesbarkeit für Mensch und Maschine. Es können Daten in Key-Value-Paaren, aber auch Listen von Objekten, beliebig verschachtelt, gespeichert werden.

„Ein Objekt ist eine ungeordnete Menge von Name/Wert-Paaren. Ein Objekt beginnt mit { (geschwungene Klammer auf) und endet mit } (geschwungene Klammer zu). Jedem Namen folgt ein : (Doppelpunkt) gefolgt vom Wert und die einzelnen Name/Wert-Paare werden durch , (Komma) voneinander getrennt."

4 Implementierung

In diesem Kapitel wird die Implementierung der Beispiel-Applikation erläutert. Die wichtigsten Funktionen und Abläufe des Programms werden beschrieben und deren Implementierung anhand von Quelltextausschnitten erörtert. Es werden ausschließlich Ausschnitte gezeigt, da aufgrund des Umfangs nicht auf alle Details eingegangen werden kann. Zusätzlich werden Screenshots der Anwendung gezeigt, um dem Leser einen besseren Überblick sowie ein besseres Verständnis der Programmelemente zu vermitteln.

4.1 Entwicklungsumgebung

Um mit der Entwicklung eines Node.js Projektes beginnen zu können, muss zunächst eine geeignete Entwicklungsumgebung eingerichtet werden. Die Ursprünge von Node.js liegen im unixoiden Umfeld, doch seit der Version 0.6.0 steht das Framework auch in einer nativen Windows-portierten Version zur Verfügung. Diese Beispiel-Applikation wird ausschließlich in Ubuntu entwickelt und als IDE wird NetBeans verwendet.

Die wichtigste Voraussetzung um mit der Entwicklung beginnen zu können, ist der Download und die Installation von Node.js. Die Werkzeuge von Node.js basieren auf Python, darum muss das Paket python installiert werden. Zusätzlich braucht man für eine moderne Webanwendung noch das Paket libssl-dev, das für die Verschlüsselung von http-Datenströmen verantwortlich ist. Anschließend kann der Quelltext von Node.js in Form einer tar.gz-Datei heruntergeladen werden. Die Installation folgt dem üblichen Vorgehen unter Linux (configure, make, make install). Node.js ist danach einsatzbereit.

4.2 Aufbau des Node.js Projektes

Zunächst muss ein neues Projekt in der IDE NetBeans angelegt werden. In der Beispiel-Applikation wurde als Projekttyp HTML5 festgelegt. Bei der NetBeans Entwicklungsumgebung ist es erforderlich, die üblichen Projektinhalte einer Node.js Anwendung per Hand einzurichten. Die Projektstruktur sieht wie folgt aus:

• Alle Module, die im Projekt enthalten sind und installiert wurden, befinden sich im Ordner node_modules
• Im public-Ordner befinden sich sämtliche CSS- sowie alle JS-Dateien, die ins Projekt eingebunden werden
• Kundenfotos werden im Ordner uploads gespeichert
• In der index.js Datei im Ordner routes werden die Actions der einzelnen Routen geschrieben. Zum Beispiel werden in den Actions Formulardaten verarbeitet
• Sämtliche Views werden mit der Dateiendung .html im Ordner views angelegt und gespeichert
• Das in JSON formulierte Schema eines Objekts, das in der Datenbank verwaltet wird, wird in der db.js Datei festgehalten. Außerdem wird in der Datei die Verbindung zur MongoDB hergestellt
• Die Node.js Anwendung wird über die app.js Datei gestartet. Um die Anwendung zu starten, muss hinter dem Befehl in der Konsole noch der Skriptdateiname als Parameter übergeben werden

4.3 Benutzeroberfläche

Im Kapitel 4.3 wird die Benutzeroberfläche der Beispiel-Applikation dargestellt. Wegen des Umfangs der Anwendung werden kurz die zwei komplexesten Views dargestellt. Alle HTML-Templates der Beispiel-Applikation können auf der beiliegenden CD betrachtet werden. Die Oberfläche der Anwendung ist mit Twitter Bootstrap gemäß der Spezifikation erarbeitet worden. Da aber jegliche Angaben bezüglich des Oberflächendesigns fehlten, ist die Beispiel-Applikation so gestaltet worden, wie es für die Umsetzung der geplanten Funktionen am Sinnvollsten erschien.

Nach dem erfolgreichen Login werden alle Kunden, die in der Datenbank gespeichert sind, angezeigt. Es werden nur die wichtigsten Daten auf der Startseite dargestellt. Die einzelnen Kundenobjekte befinden sich in dem Array customers, das von der Action an die View übergeben wurde. Variablen können mit dem Schema <%= Variablenname %> ausgegeben werden. Über die Kontrollstruktur forEach wird der HTML-Block für jeden Kunden einmal erzeugt. Da sich Twitter Bootstrap auch um das Responsive Design kümmert, kann die Anwendung sowohl in einem Browser auf dem Desktop als auch im Browser eines mobilen Endgeräts aufgerufen und benutzt werden. Es muss keine Zeile des Quellcodes für die Darstellung geändert werden.

Die customerView ist die zweite View, die näher dargestellt wird. Dort werden die Detailinformationen eines Kunden angezeigt. Des Weiteren können die Daten eines Kunden bearbeitet werden sowie ein Kundenobjekt aus der Datenbank gelöscht werden. Dieses Formular wird mit den zu übergebenden Kundendaten gefüllt. Fehlen Informationen zu einem Feld, bleibt dieses leer. Die Daten des Kunden können durch Ändern des Inhalts der Formulardaten aktualisiert werden. Auf der rechten Seite befindet sich das Formularfeld für den Fotoupload. Bleibt dieses beim Absenden des Formulars leer, ändert sich das Foto des Kunden nicht.

4.4 Implementierung der Beispiel-Applikation

Aufbauend auf die Benutzeroberfläche wird hier die Anwendungslogik durch Quelltextausschnitte zu den einzelnen Anwendungsfällen der Beispiel-Applikation näher erläutert. Zu den wichtigsten Anwendungsfällen zählen „Login", „Kundenübersicht", „Kunde anlegen", „Kunde bearbeiten" und „Kunde löschen". Da die Anwendungsfälle „Kunde bearbeiten" und „Kunde anlegen" sehr ähnlich sind, wird nur einer der beiden, nämlich „Kunde bearbeiten", näher dargestellt.

4.4.1 Login

Die Authentifizierung erfolgt über ein Formular der Beispiel-Applikation, als Anmeldedaten werden Username und Passwort gefordert. Ein passendes Modul für Express, das diese klassische Authentifizierung durch Benutzername und Passwort unterstützt, heißt passport. Passport bringt die benötigten Funktionen mit sich, außerdem können mit diesem Modul unter anderem auch Facebook und Twitter als Anmeldeoption in eine Webanwendung eingebaut werden. Dieses Vorgehen der Authentifizierung wird von passport als Local Strategy bezeichnet, d.h. es muss noch ein weiteres Modul passport-local installiert und in die Anwendung eingebunden werden.

Damit nicht jede eingehende Anfrage an die Anwendung authentifiziert wird, soll der User solange angemeldet bleiben, bis er sich wieder aus der Anwendung abmeldet. Dies geschieht in Webanwendungen mit Hilfe einer Session, in dieser Session wird die Authentifizierung des Users gespeichert. Zudem müssen noch die Funktionen serializeUser und deserializeUser in der Beispiel-Applikation implementiert werden. Diese Funktionen dienen zum Speichern bzw. zum Wiederherstellen des Users aus der Session.

Die POST-Login-Route nimmt die Daten des Login-Formulars entgegen und führt daraufhin die Authentifizierung durch. Dabei hilft die Funktion authenticate, die vom Modul passport bereitgestellt wird. Mit der Funktion findOne wird geprüft, ob sich ein User mit diesem Usernamen in der Datenbank befindet. Wenn ein User gefunden wurde, wird das eingegebene Passwort mit dem Passwort des Users aus der Datenbank verglichen. Stimmen die Passwörter überein, wird eine Session erstellt und der User auf die Indexseite weitergeleitet. Stimmen Username oder Passwort nicht überein, wird auf die Login-Seite weitergeleitet und die dementsprechende Fehlermeldung ausgeworfen.

4.4.2 Kunde bearbeiten

Wie in der Spezifikation vorgegeben, muss der User erfolgreich in der Beispiel-Applikation eingeloggt sein, um einen neuen Kunden bearbeiten zu können. Die Funktion ensureAuthenticated überprüft beim Aufruf der Route, ob der User authentifiziert ist. Falls keine gültige Session vorhanden ist, wird der User auf das viewCustomer-Template weitergeleitet.

Wird das Formular, in dem die Kundendaten enthalten sind, abgesendet, werden die Daten eines Kunden aktualisiert. Es wird dargestellt, wie aus einem POST-Request die Daten extrahiert und in das Customer-Objekt geschrieben werden. Anschließend wird der Kunde mit der entsprechenden ID in der Datenbank aktualisiert. In der Variablen picture ist der Pfad des hochgeladenen Bildes zu dem Kunden. Ist der überarbeitete Kunde erfolgreich in der Datenbank gespeichert, wird der User auf die Indexseite „Kundenübersicht" weitergeleitet.

4.4.3 Kundenübersicht

Um alle Kunden auf der Indexseite darstellen zu können, müssen diese erst aus der Datenbank geladen werden. Wie schon im Anwendungsfall „Kunde bearbeiten" ist Voraussetzung, dass der User authentifiziert ist. Mit der Funktion render wird das Array customers, in dem sich alle Kunden befinden, an die View übergeben. Diese Funktion hat drei Übergabeparameter:

• Der Name der View, an die die Variable übergeben werden soll
• Optional kann ein Titel an die View übergeben werden
• Die zu übergebende Variable, in diesem Fall das Array customers

4.4.4 Kunde löschen

Ein weiterer Anwendungsfall der Beispiel-Applikation ist „Kunde löschen". Wie man aus der Spezifikation entnehmen kann, ist auch bei diesem Anwendungsfall eine Authentifizierung notwendig. Wird in der Detailansicht eines Kunden auf den Link „Delete" gedrückt, wird die ID des aktuell betrachteten Kunden an die Action übergeben. Der Kunde wird mit der Funktion findById mit der ID gesucht und anschließend mit remove aus der Datenbank gelöscht und auf die Indexseite der Beispiel-Applikation weitergeleitet.

4.5 Überprüfung der Spezifikation

Nachdem sowohl die Benutzeroberfläche als auch die Logik der Beispiel-Applikation implementiert wurden, muss nun noch überprüft werden, ob alle gestellten Anforderungen der Spezifikation umgesetzt wurden. Die mit Twitter Bootstrap entworfene GUI der Beispiel-Applikation bietet Zugriff auf alle in der Spezifikation gestellten Anforderungen. Das Template für die Anmeldung eines Users wird eingeblendet, falls keine gültige Authentifizierung vorhanden ist. Für das Abmelden eines Users steht im Header ein dementsprechender Link zur Verfügung. Um einen neuen Kunden speichern zu können, wird ein Formular in einer eigenen View dargestellt. Ebenso wird ein bestehender Kunde in einem Formular in der Detailansicht repräsentiert. Die Daten können geändert und durch das Absenden des Formulars in die Datenbank gespeichert werden. Am Ende derselben View kann mit Hilfe eines Delete-Buttons ein Kunde gelöscht werden.

Bei dem Entwurf der Benutzeroberfläche wurde besonders auf Responsive Design geachtet. Sämtliche Formulare, Buttons, Links und Textinhalte passen sich selbstständig an die Bildschirmgröße des Endgerätes an. Es wurde die NoSQL-Datenbank MongoDB verwendet, um User und Kunden zu verwalten. Der Datenaustausch zwischen Anwendung und Datenbank erfolgt mit Hilfe des Datenformats JSON. Für jeden Kunden kann ein individuelles Foto gespeichert werden. Durch den Fotoupload bietet die Anwendung die Möglichkeit, auf das lokale Dateisystem zuzugreifen.

5 Vor- und Nachteile von Node.js

Nachdem in den letzten Kapiteln die Beispiel-Applikation spezifiziert und implementiert wurde, werden in diesem Kapitel anhand der Implementierung die Vor- und Nachteile von Node.js näher erläutert. Die Beispiel-Applikation wurde mit folgenden Technologien entwickelt:

• JavaScript (server- und clientseitig)
• HTML (clientseitig)
• CSS (clientseitig)

Durch die serverseitige und clientseitige Verwendung von JavaScript spart sich der Webentwickler das Erlernen einer zusätzlichen Programmiersprache. Außerdem wurde als Datenbank MongoDB verwendet, somit entfällt auch eine komplexe Datenbanksprache wie beispielsweise SQL. Bezogen auf die Firma AllBytes bedeutet das, dass die Ausbildung eines einsetzbaren Entwicklers deutlich schneller vonstatten gehen kann. Man benötigt nur noch eine angemessene Zeit zur Einarbeitung in JavaScript um Node.js nutzen zu können. Wenn man als bereits ausgebildeter, moderner Webentwickler den Einstieg in Node.js macht, fällt dies relativ leicht, da bereits Kenntnisse von der clientseitigen JavaScript-Entwicklung vorhanden sind.

An sich ist Node.js sehr schlank gehalten und konzentriert sich auf das Wesentliche. Um die Anwendung zu erweitern, muss man passende Module installieren. Dies geschieht mit Hilfe des npm (Node Package Manager), der sehr komfortabel und einfach zu bedienen ist, man muss sich nicht um Abhängigkeiten von Modulen kümmern. Im Modul-Repository kann nach gewünschten Modulen gesucht werden; hier liegt ein Nachteil, weil keine Hinweise gegeben werden, wie gut ein Modul ist. Es bedarf Erfahrung, welche Module tatsächlich benötigt werden und welche den Anforderungen standhalten.

Da Node-Prozesse nicht bei jeder Anfrage neu gestartet werden, wie das zum Beispiel in PHP der Fall ist, muss sehr sauber programmiert werden. Vorsicht ist geboten, wenn Variablen überschrieben oder Arrays gefüllt werden. Im Zusammenhang mit Arrays kann es schnell zu Speicher-Problemen kommen, falls diese falsch befüllt werden. Werden in Node.js Fehler nicht richtig abgefangen, kann es zu Problemen auf dem ganzen Node-Server kommen. Wenn in PHP ein Fehler in einem Script auftaucht, betrifft dies nur eine Anfrage und das Gesamtsystem läuft einfach weiter. In Node.js ist der gesamte Prozess betroffen.

Node.js setzt auf Asynchronität; durch die parallele Abarbeitung der Anfragen ermöglicht Node.js eine hohe Skalierbarkeit von Webanwendungen. Dadurch können gegenüber PHP und Apache nicht nur mehr Anfragen eines Users verarbeitet werden, sondern auch mehr User gleichzeitig auf eine Webseite zugreifen. Überlastete Server und unerreichbare Websites sollen mit Node.js nicht mehr vorkommen.

Aufgrund der Neuartigkeit und Aktualität von Node.js gab es zum Zeitpunkt der Niederschrift dieser Arbeit wenig deutsche Literatur. Im Gegensatz zur PHP-Community ist die Node.js-Community noch sehr klein, doch wächst diese rasant und es konnte innerhalb der letzten Jahre ein umfassendes Ökosystem geschaffen werden. Um sich intensiv mit der Thematik auseinandersetzen zu können, werden sehr gute Englischkenntnisse vorausgesetzt.

6 Wofür eignet sich Node.js

Aufbauend auf den Vor- und Nachteilen sowie der allgemeinen Einschätzung zu Node.js, werden in diesem Kapitel die Einsatzmöglichkeiten von dem neuartigen serverseitigen JavaScript-Framework dargestellt. Es wird auch kurz darauf eingegangen, in welchen Fällen der Einsatz ungeeignet oder zumindest weniger geeignet erscheint.

Das http-Modul macht es sehr einfach einen Webserver zu implementieren. Die serverseitige Verwendung von JavaScript macht den Umgang mit dem Datenformat JSON ebenfalls sehr komfortabel. Mit diesen zwei Komponenten können jegliche Anwendungen, die JSON verarbeiten und zurückgeben, einfach und schnell implementiert werden. Darunter fallen beispielsweise REST-basierte Webanwendungen oder sonstige APIs.

In der modernen Webentwicklung merkt man eine deutliche Tendenz zu Single-Page-Anwendungen. Diese Anwendungen besitzen nur eine View und der Content wird meist dynamisch nachgeladen. Da Single-Page-Anwendungen sehr JavaScript-lastig sind, kommt Node.js die Verwendung der Sprache JavaScript zugute. Außerdem übernimmt Node.js das komplette Routing, was hierbei besonders praktisch ist.

Zu zwei Szenarien, bei denen der Einsatz von Node.js sehr naheliegt: zum einen alle Anwendungen die Streaming beinhalten, und zum anderen echtzeitfähige Webanwendungen. „Streams sind ein integrales Kernkonzept von Node.js, um Daten rasch und leichtgewichtig auszuliefern. Außerdem lassen sich Streams in Node.js auf einfache Art orchestrieren, um Daten auf verschiedenen Wegen durch eine Anwendung zu leiten." Beispielsweise lassen sich Videos schon während des Hochladens in ein anderes Datenformat umwandeln. In Node.js ist der Umgang mit sogenannten Websockets sehr einfach; ein Websocket stellt eine permanente Verbindung dar, wo sowohl Client als auch Server jederzeit Daten schicken können.

„Ein wesentliches Argument gegen den Einsatz von Node.js liegt vor, wenn kaum Interaktion mit externen Ressourcen stattfindet. In einem solchen Fall kann Node.js seine Stärken im Bereich Non-Blocking I/O nicht ausspielen und blockiert den einzigen Thread unnötig, so dass eingehende Anfragen eventuell lange warten müssen. Dieses Verhalten gestaltet sich desto schlimmer, je rechenintensiver eine Webanwendung ist. Typische CRUD-Anwendungen (Datenbankoperationen: Create, Read, Update, Delete), die Daten ohne größere Verarbeitung lediglich zwischen Webbrowser und Datenbank übertragen, sind ebenfalls kein herausragender Anwendungsfall für Node.js." Bei CRUD-Anwendungen ist Node.js nicht besser oder schlechter als PHP oder vergleichbare Technologien – Node.js kann dort nur seine Stärken nicht ausspielen.

Zusammenfassend stellt Node.js für folgende Anwendungsfälle eine geeignete Plattform dar:

• Streaming
• Echtzeitfähige Webanwendungen
• CRUD-Anwendungen
• Single-Page-Anwendungen
• REST-basierte Webanwendungen oder sonstige APIs
• Wenn hohe Skalierbarkeit der Webanwendung erwartet wird
• Wenn eine hohe Performance der Webanwendung erwartet wird

7 Schlussbetrachtung

Ziel der Arbeit war, den grundsätzlichen Aufbau von Node.js näher zu erläutern, außerdem sollte anhand der Implementierung einer Node.js-Beispiel-Applikation festgestellt werden, ob sich die Bestandteile einer modernen Webanwendung umsetzen lassen. Zusätzlich sollten die wesentlichsten Unterschiede zu einer herkömmlichen Skriptsprache, im Speziellen PHP, dargestellt werden sowie die Vor- und Nachteile beschrieben werden.

7.1 Fazit

Insgesamt kann festgestellt werden, dass moderne Webanwendungen, die bislang in PHP programmiert wurden, ebenso in Node.js umgesetzt werden könnten. In den meisten Anwendungsszenarien macht es durchaus Sinn, Node.js zu verwenden. Es hängt von den Anforderungen und Vorgaben ab, die an ein System gestellt werden. Sicher ist, dass man bei der Entwicklung von modernen Webanwendungen als Programmierer nicht mehr um JavaScript herumkommt. Wie man in der Beispiel-Applikation sehen kann, kann man sich durch den serverseitigen Einsatz von JavaScript das Erlernen einer weiteren Programmiersprache wie PHP ersparen.

Durch den Einsatz von Node.js verkürzt sich die Ausbildungsdauer eines Auszubildenden bis hin zum einsetzbaren Webentwickler erheblich. Der grundsätzliche Aufbau von Node.js ist sehr übersichtlich gestaltet. Als Entwickler findet man sich rasch zurecht; nach kurzer Einarbeitungszeit hat man sich schnell an den modularen Aufbau sowie an die Vielfalt der bereitgestellten Module gewöhnt. Es können in kurzer Zeit komplexe Webanwendungen erstellt werden.

7.2 Ausblick

Wie man aus den Trends entnehmen kann, steigt das Interesse an Node.js stetig an. Node.js ist derzeit lange nicht so weit verbreitet wie PHP, doch ist dies mit der Veränderung des Web hin zu modernen und dynamischen Anwendungen erst der Anfang von Node.js.

Das junge Framework Node.js hat seit 2009 einen Stand erreicht, der als Grundlage für umfangreiche Entwicklungen dienen kann. Die Community um das serverseitige JavaScript-Framework Node.js wächst stetig und gewinnt zunehmend an Professionalität. Nicht nur durch die Integration von Node.js im Dezember 2013 in Microsofts Entwicklungsumgebung Visual Studio ist zu erwarten, dass das Framework eine große Anzahl an Entwicklern gewinnen wird. Durch die Umsetzung der Beispiel-Applikation und den gewonnenen Erkenntnissen ist sicher, dass Node.js in der Zukunft der Webentwicklung eine wichtige Rolle spielen wird.

Abkürzungsverzeichnis

Literaturverzeichnis

Gedruckte Quellen

• Firtman, Maximiliano: Programming the Mobile Web. 1. Auflage, O'Reilly & Associates Verlag 2010
• Ornbo, George: Sams Teach Yourself Node.js in 24 Hours – 24 Proven One-Hour Lessons. 1. Auflage, Sams-Verlag 2012
• Roden, Golo: Node.js & Co. – Skalierbare, hochperformante und echtzeitfähige Webanwendungen professionell in JavaScript entwickeln. 1. Auflage, dpunkt.verlag 2012
• Steyer, Ralph: JavaScript – Das Programmier-Handbuch. 1. Auflage, Markt+Technik Verlag 2001

Websites

• cade_metz: Google's Chrome Browser Sprouts Programming Kit of the Future. http://www.wired.com/wiredenterprise/2012/01/node-dot-js/ (Zugriff: 31.01.2014)
• Graf, Ralf: Serverseitiges JavaScript mit Node.js. http://webkrauts.de/artikel/2011/serverseitiges-javascript-mit-nodejs (Zugriff: 26.03.2014)
• Hänsch, Carl-Philip: Node.js vs. PHP+Apache. http://www.mywebcheck.de/node-js-vs-phpapache/ (Zugriff: 25.02.2014)
• Huawei Technologies Deutschland GmbH: Initiative D21 und Huawei Technologies stellen Studie zur mobilen Internetnutzung vor. https://initiatived21.de/themen/bildung-und-digitalkompetenzen (Zugriff: 01.04.2014)
• Json – http://www.json.org (Zugriff: 17.03.2014)
• Karadeniz, Besim: Der Internet-Boom und die Dot-Coms. http://www.netplanet.org/geschichte/neunziger.shtml (Zugriff: 31.01.2014)
• MongoDB – Agile and Scalable. http://www.mongodb.org/ (Zugriff: 26.02.2014)
• Node.js: Node.js – Manual & Documentation. http://nodejs.org/docs/latest/api/index.html (Zugriff: 28.02.2014)
• NodeCode: PHP vs. Node.js – Gemeinsamkeiten & Unterschiede. http://nodecode.de/php-vs-nodejs (Zugriff: 26.02.2014)
• Pahrmann, Corina: Node.js – Blitzschnelles und stabiles JavaScript. http://community.oreilly.de/blog/2013/01/23/node-js-blitzschnelles-und-stabiles-javascript/ (Zugriff: 26.03.2014)
• Petereit, Dieter: Bootstrap: CSS- und HTML5-basiertes WebApp-Toolkit von Twitter. http://t3n.de/news/bootstrap-css-html5-basiertes-webapp-toolkit-twitter-327063/ (Zugriff: 03.03.2014)
• Roden, Golo: 2x Nein, 4x Ja: Szenarien für Node.js. http://www.heise.de/developer/artikel/2x-Nein-4x-Ja-Szenarien-fuer-Node-js-2111050.html (Zugriff: 27.03.2014)
• Roden, Golo: Node-Force-Domain. https://github.com/goloroden/node-force-domain (Zugriff: 05.03.2014)
• Roden, Golo: REST-Webservices mit Node.js – Teil 1: Connect als Fundament. http://www.heise.de/developer/artikel/REST-Webservices-mit-Node-js-Teil-1-Connect-als-Fundament-1802258.html (Zugriff: 24.02.2014)
• Springer, Sebastian: Node.js – Das Framework im Überblick. http://t3n.de/magazin/serverseitige-javascript-entwicklung-nodejs-einsatz-231152/ (Zugriff: 31.01.2014)
• Twitter Bootstrap – http://getbootstrap.com/2.3.2/ (Zugriff: 03.03.2014)
• Wikipedia – JavaScript. http://de.wikipedia.org/wiki/JavaScript (Zugriff: 01.04.2014)