選擇后端編程語言絕非易事。畢竟不同的語言各有優(yōu)缺點(diǎn)，我們需要考慮它是否是構(gòu)建應(yīng)用程序的正確工具。

Node.js 和 Python 是后端開發(fā)的兩個(gè)最受歡迎的選擇。兩者都有非常強(qiáng)大的包裝生態(tài)系統(tǒng)和社區(qū)，在兩者之間進(jìn)行選擇可能比較困難。

在本文中，我們將分析 Node.js 和 Python 的優(yōu)缺點(diǎn)，并分析其中一個(gè)比另一個(gè)更好的場景，以便大家可以為自己的后端做出最佳選擇。

我們將涵蓋以下主題：

• 什么是 Node.js？
• 什么是 Python？
• 比較架構(gòu)
• 并發(fā)和并行

什么是 Node.js？

Node.js 是在 Google 的 V8 引擎上運(yùn)行的異步 JavaScript 運(yùn)行時(shí)。它通常用于構(gòu)建實(shí)時(shí)應(yīng)用程序、后端以及桌面和移動(dòng)應(yīng)用程序。

Node.js 是多范式的，支持以下范式：

• 事件驅(qū)動(dòng)
• 至關(guān)重要的
• 面向?qū)ο?/li>
• 函數(shù)式編程

Node 由 Ryan Dahl 開發(fā)并于 2009 年發(fā)布，一炮而紅，因?yàn)樗状卧试S JavaScript 開發(fā)人員在 Web 瀏覽器之外編寫 JavaScript 代碼。多年來，它已經(jīng)成長并成為 Python 等老語言的有力競爭者，并提供了一系列后端開發(fā)工具，如Express.js、Fastify 和 NestJS。

什么是 Python？

Python 是一種解釋型通用編程語言，通常用于腳本編寫、后端開發(fā)、機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)科學(xué)等。它支持多種范式，例如：

• 程序
• 面向?qū)ο?/li>
• 函數(shù)式編程

它由 Guido van Rossum 設(shè)計(jì)和開發(fā)，并于 1991 年發(fā)布并獲得了主流成功；Python 一直位居TIOBE 編程社區(qū)指數(shù)的前 10 名。除此之外，谷歌、Facebook、Dropbox 和 Instagram 等大公司都將它用于內(nèi)部和外部工具——甚至 NASA 也找到了它的應(yīng)用程序。

Python 在不斷發(fā)展，它擁有成熟的 Web 框架，例如Django、Flask和FastAPI，你也可以在后端開發(fā)項(xiàng)目中使用這些框架。

比較架構(gòu)

軟件架構(gòu)描述了系統(tǒng)中的主要組件如何交互、關(guān)聯(lián)和組織。良好的架構(gòu)設(shè)計(jì)可以使系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性、性能良好和可維護(hù)性。

在本節(jié)中，我們將鳥瞰 Node.js 和 Python 架構(gòu)。

Node.js

Node.js 是單線程、非阻塞的，并且實(shí)現(xiàn)了事件驅(qū)動(dòng)的架構(gòu)。它有一個(gè)線程，你編寫的所有代碼和你使用的庫都在其中執(zhí)行。它還利用libuv C 庫提供的其他線程來處理昂貴或長時(shí)間運(yùn)行的任務(wù)。

Node.js 使用回調(diào)來表示長時(shí)間運(yùn)行的任務(wù)完成，一旦完成，它們會(huì)被添加到任務(wù)隊(duì)列中，然后最終被添加回主線程。這種行為是 Node.js 非阻塞的原因，因?yàn)榘嘿F的任務(wù)不會(huì)阻塞主線程；相反，它們在單獨(dú)的 libuv 線程中執(zhí)行，并且 Node.js 繼續(xù)執(zhí)行源代碼的其他部分。

Python

Python 也是一種單線程語言，主要是因?yàn)樗鼘?shí)現(xiàn)了全局解釋器鎖 (GIL)，這是一種僅允許一個(gè)線程控制 Python 解釋器并在給定時(shí)間運(yùn)行 Python 代碼的機(jī)制。即使 Python 程序使用多個(gè)線程，GIL 也會(huì)定期在線程之間切換，讓每個(gè)線程都有機(jī)會(huì)執(zhí)行代碼——但默認(rèn)情況下它們不能并行執(zhí)行。這種行為使 Python 成為單線程的。

與 Node.js 不同，Python 不是基于事件驅(qū)動(dòng)的架構(gòu)。但是，你仍然可以使用asyncio 包來利用它，它允許你使用 async/await 語法編寫異步代碼，因?yàn)樗鼘?shí)現(xiàn)了事件循環(huán)、期貨等。

判決

盡管語言的架構(gòu)不同，但兩種語言都是不錯(cuò)的選擇，并且可以支持同步和異步編程。

并發(fā)和并行

選擇后端的另一個(gè)重要方面是并發(fā)性和并行性。這些術(shù)語往往會(huì)使人們感到困惑，所以讓我們定義它們，以便我們可以在同一頁面上：

• 并發(fā)：兩個(gè)或多個(gè)任務(wù)在多個(gè)線程中執(zhí)行，但不是同時(shí)執(zhí)行。相反，執(zhí)行在任務(wù)之間切換，當(dāng)計(jì)算機(jī)中斷一個(gè)任務(wù)切換到另一個(gè)任務(wù)時(shí)，它可以從中斷點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行另一個(gè)任務(wù)
• 并行：當(dāng)多個(gè)任務(wù)同時(shí)在不同的線程中執(zhí)行時(shí)

當(dāng)你的應(yīng)用程序任務(wù)受 CPU 限制時(shí)，并發(fā)性和并行性非常寶貴，例如在以下任務(wù)中：

• 處理圖像
• 加密
• 進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算
• 視頻壓縮

如果你想提高這些任務(wù)的性能，你可以將它們拆分到不同的線程中并行執(zhí)行。

有了這個(gè)，現(xiàn)在讓我們看看 Node 和 Python 如何處理并發(fā)和并行性。

Node.js

即使 Node 是單線程的，你也可以使用worker_threads模塊編寫多線程程序。該模塊創(chuàng)建輕量級線程工作者，允許你并行執(zhí)行 CPU 密集型 JavaScript 代碼。

工作線程與主線程（父線程）共享相同的內(nèi)存和進(jìn)程ID，線程之間通過消息傳遞進(jìn)行通信。你可以在博客的其他地方了解有關(guān)如何在 Node.js 中編寫多線程程序的更多信息。

Python

在 Python 中，你可以使用threading 模塊實(shí)現(xiàn)并發(fā)，該模塊創(chuàng)建線程來執(zhí)行部分代碼。但是，這并不意味著線程將并行執(zhí)行。這是因?yàn)?GIL，它確保只有一個(gè)線程可以執(zhí)行 Python 代碼，并定期在它們之間切換。

雖然并發(fā)對 I/O 密集型任務(wù)很有幫助，但 CPU 密集型任務(wù)從并行性中受益匪淺。為了實(shí)現(xiàn)并行性，Python 提供了多處理模塊，該模塊在每個(gè)內(nèi)核上創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程，并允許你利用多核系統(tǒng)并行執(zhí)行 Python 代碼。

每個(gè)進(jìn)程都有自己的解釋器和 GIL，但它確實(shí)有一些注意事項(xiàng)。一方面，與工作線程相比，進(jìn)程的通信有限，另一方面，啟動(dòng)進(jìn)程往往比啟動(dòng)線程更昂貴。

判決

Python的threading模塊與Node.jsworker_thread模塊相比相形見絀，后者可以輕松實(shí)現(xiàn)并發(fā)和并行。Node.js 之所以獲勝，是因?yàn)樗С植l(fā)和并行性，而不需要像 Python 那樣的變通方法。

性能和速度

更快的后端可以減少你的服務(wù)器響應(yīng)時(shí)間，從而提高頁面速度。良好的頁面速度可以幫助你的 Web 應(yīng)用程序在 Google 上獲得良好的排名，并為你的用戶提供良好的體驗(yàn)。

編程語言的速度往往與源代碼的執(zhí)行方式密切相關(guān)。讓我們探討一下 Node.js 和 Python 在執(zhí)行期間如何比較，以及它如何影響它們各自的執(zhí)行速度。

Node.js

Node 以快速執(zhí)行代碼而聞名，其中大部分可以歸結(jié)為幾個(gè)原因。

首先，如前所述，Node.js 被編譯為機(jī)器碼并建立在 Google V8 引擎之上，這是一個(gè)用 C++ 編寫的高性能 JavaScript 引擎。V8 引擎將你的 JavaScript 編譯為機(jī)器代碼，因此 CPU 直接執(zhí)行它，從而為你提供快速的性能。Node.js 還從 Google 對 V8 引擎的頻繁性能更新中受益匪淺。

其次，Node.js 是非阻塞的，并且建立在事件驅(qū)動(dòng)的架構(gòu)之上。它對 Node.js 中的幾乎每個(gè) I/O 方法操作都有異步方法。由于 Node.js 是單線程的，如果一個(gè)操作耗時(shí)較長，它不會(huì)阻塞主線程。相反，它并行執(zhí)行它，為代碼的其他部分提供執(zhí)行空間。

Python

Python 的執(zhí)行速度比 Node 慢很多。有幾個(gè)因素會(huì)影響 Python 的速度。對于初學(xué)者，Python 會(huì)自動(dòng)將源代碼編譯成字節(jié)碼，這是一種只有 Python 虛擬機(jī) (PVM) 才能解釋的低級格式。這會(huì)影響性能，因?yàn)?CPU 不直接執(zhí)行字節(jié)碼，而是由 PVM 解釋代碼，這會(huì)減慢執(zhí)行時(shí)間。

作為該問題的解決方案，Python 有替代實(shí)現(xiàn)，例如PyPy，它聲稱通過使用即時(shí) (JIT)比默認(rèn)的 Python 實(shí)現(xiàn)快 4.5 倍。如果你的 Python 應(yīng)用程序迫切需要速度，那么你應(yīng)該考慮使用 PyPy。

話雖如此，雖然 Python 比 Node.js 慢，但它的速度對于很多項(xiàng)目來說仍然足夠好，這就是它仍然受歡迎的原因。

判決

Node.js 是贏家，因?yàn)樗膱?zhí)行速度與編譯成機(jī)器代碼的速度一樣快，而 Python 是用 PVM 解釋的，這個(gè)過程往往會(huì)減慢執(zhí)行速度。

可擴(kuò)展性

當(dāng)應(yīng)用程序受到關(guān)注時(shí)，會(huì)發(fā)生以下情況：

• 由于用戶數(shù)量增加，客戶請求增加
• 需要處理的數(shù)據(jù)量增加
• 新功能介紹

應(yīng)用程序在不損失性能的情況下因需求增加而增長和調(diào)整的能力稱為擴(kuò)展。

Node.js

Node.js 提供了一個(gè)原生集群模塊，讓你無需額外的努力即可擴(kuò)展你的應(yīng)用程序。該模塊在多核系統(tǒng)中的每個(gè)核上創(chuàng)建一個(gè)單獨(dú)的進(jìn)程或工作程序。每個(gè)工作人員都有一個(gè)應(yīng)用程序?qū)嵗耗K有一個(gè)內(nèi)置的負(fù)載均衡器，它使用循環(huán)算法將傳入的請求分配給所有工作人員。

Node.js 也可以很好地?cái)U(kuò)展，因?yàn)樗褂酶俚木€程來處理客戶端請求。結(jié)果，它將大部分資源用于服務(wù)客戶端，而不是處理可能昂貴的線程生命周期開銷。

Python

Python 沒有 Node.js 的集群模塊的原生等價(jià)物。最接近的是多處理模塊，它可以在每個(gè)核心上創(chuàng)建進(jìn)程，但它缺少一些集群功能。做集群計(jì)算，可以使用第三方包如：

• 芹菜
• 儀表板
• 水壺

Python wiki有一個(gè) Python 集群計(jì)算包的完整列表。

判決

與 Python 相比，Node.js 集群模塊允許 Node 應(yīng)用程序更容易擴(kuò)展。然而，重要的是要承認(rèn)現(xiàn)在大多數(shù)人都在使用 Docker 進(jìn)行擴(kuò)展。

使用 Docker，你可以創(chuàng)建多個(gè)容器，其中每個(gè)容器都包含一個(gè)應(yīng)用程序?qū)嵗?。你可以?chuàng)建與系統(tǒng)上可用的內(nèi)核一樣多的容器，并在每個(gè)容器中放置一個(gè)負(fù)載均衡器來分發(fā)請求。因此，無論你使用 Python 還是 Node.js，都可以使用 Docker 來簡化擴(kuò)展。

可擴(kuò)展性

并非每種編程語言都可以有效地解決你遇到的每個(gè)問題，有時(shí)你需要使用另一種可以擅長手頭任務(wù)的編程語言進(jìn)行擴(kuò)展。

讓我們探索 Node.js 和 Python 的可擴(kuò)展性。

Node.js

你可以通過使用addons使用C/C++ 擴(kuò)展 Node.js。例如，C++ 插件允許你編寫 C++ 程序，然后使用該require方法將其加載到你的 Node.js 程序中。借助此功能，你可以利用 C++ 庫、速度或線程。

要實(shí)現(xiàn)插件，你可以使用：

• 節(jié)點(diǎn) API
• Node.js 的本機(jī)抽象

你還可以使用 Rust 擴(kuò)展 Node.js；查看本教程以了解如何操作。

Python

Python 還具有良好的語言擴(kuò)展能力。你可以使用 C 或 C++ 對其進(jìn)行擴(kuò)展，這允許你在 Python 中調(diào)用 C/C++ 庫，或者在 C/C++ 中調(diào)用 Python 代碼。

你還可以使用替代 Python 實(shí)現(xiàn)來擴(kuò)展 Python，其中包括：

• Jython：使與 Java 的集成更容易
• IronPython：允許 Python 與 Microsoft 的 .NET 框架順利集成

判決

兩者都很好地支持用其他語言擴(kuò)展它們。

靜態(tài)類型

Node.js 和 Python 都是動(dòng)態(tài)類型語言，它們允許你快速編程，而無需為你編寫的代碼定義類型。但是，隨著代碼庫的增長，需要靜態(tài)類型來幫助你及早發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，并記錄你的代碼以供將來參考。盡管 Python 和 Node.js 是動(dòng)態(tài)類型的，但它們都提供了靜態(tài)類型工具，如果需要，你可以在代碼庫中使用這些工具。

Node.js

Node.js 作為 JavaScript 生態(tài)系統(tǒng)的一部分，擁有TypeScript，它是微軟于 2012 年開發(fā)的 JavaScript 的強(qiáng)類型超集。TypeScript 支持漸進(jìn)類型，這意味著即使沒有類型，你也可以使用 TypeScript，并根據(jù)需要添加它們。

當(dāng)你使用 TypeScript 時(shí)，你將源代碼保存在擴(kuò)展而不是擴(kuò)展中，并且它涉及將所有 TypeScript 文件編譯為 JavaScript 的構(gòu)建步驟。由于 TypeScript 是一種獨(dú)立于 Node 的語言，因此它的發(fā)展速度要快得多，并且你可以使用所有更新的功能，因?yàn)樗鼈兛偸潜痪幾g為 JavaScript。.ts.js

近年來，TypeScript 越來越受歡迎，從長遠(yuǎn)來看，它在 npm 上的每周下載量超過 2900 萬次。根據(jù) Stack Overflow 2021 開發(fā)者調(diào)查，它被評為第三大最受歡迎的編程語言，超過了 Python、Node.js 和 JavaScript 本身。要了解如何使用節(jié)點(diǎn)設(shè)置 TypeScript，請參閱這篇文章。

Python

與 Node.js 不同，Python 不需要單獨(dú)的類型語言。相反，它帶有可以在項(xiàng)目中使用的類型提示。但是，Python 不會(huì)自行執(zhí)行靜態(tài)類型分析；相反，你使用mypy 之類的工具進(jìn)行靜態(tài)類型檢查。如果你想了解如何在 Python 中進(jìn)行靜態(tài)類型檢查，請參閱這篇文章。

Python 的類型提示方法的優(yōu)點(diǎn)是你不必為源代碼使用不同的文件擴(kuò)展名并將其編譯為 Python 文件擴(kuò)展名。但缺點(diǎn)是每個(gè)新的 Python 版本都會(huì)引入更新的類型提示，每個(gè)版本大約需要一年時(shí)間。另一方面，TypeScript 的發(fā)布時(shí)間表為 3-4 個(gè)月。

判決

Node.js 之所以獲勝，是因?yàn)?TypeScript 的發(fā)展速度比 Python 快得多。但是，承認(rèn) Python 無需其他語言即可添加類型的能力也很好。

社區(qū)和圖書館

社區(qū)在軟件開發(fā)中扮演著重要角色。具有大型社區(qū)的編程語言往往具有：

• 更多用于開發(fā)的庫和工具
• 更多學(xué)習(xí)內(nèi)容
• 更容易找到支持
• 更容易找到出租的開發(fā)商

Node.js 和 Python 同樣擁有強(qiáng)大的社區(qū)，但讓我們仔細(xì)看看它們中的每一個(gè)。

Node.js

Node.js 擁有一個(gè)強(qiáng)大而活躍的社區(qū)，該社區(qū)已經(jīng)構(gòu)建了超過一百萬個(gè)開源包，所有這些都可以在 npm 上提供給你。

以下是你可能會(huì)遇到的一些軟件包：

• Express：用于構(gòu)建 Web 應(yīng)用程序的 Web 框架
• Axios : 用于發(fā)出 API 請求
• Lodash：一個(gè)實(shí)用程序庫

要發(fā)現(xiàn)更多包，可以參閱 GitHub 上精選的 awesome-nodejs 存儲庫。

除了軟件包，Node.js 有大量高質(zhì)量的書面內(nèi)容，視頻教程分布在許多平臺上，包括這個(gè)博客。這使得學(xué)習(xí) Node.js 變得更加容易，當(dāng)你被困在一個(gè)任務(wù)上時(shí)，更有可能有人在你之前在 Stack Overflow 等問答平臺上問過這個(gè)問題。

此外，Node.js 還有很多國際會(huì)議，你可以在其中了解更多關(guān)于 Node.js 并結(jié)識其他人，以及專注于 Node.js 的在線社區(qū)。

Python

Python 還擁有一個(gè)活躍的社區(qū)，在Python 包索引上擁有超過 37 萬個(gè)包和 340 萬個(gè)版本。你可以使用pip將它們下載到你的項(xiàng)目中，這是一個(gè)從 Python 包索引中提取包的包安裝程序。

以下是一些流行的軟件包：

• NumPy：一個(gè)處理數(shù)組的庫
• Pandas：用于分析數(shù)據(jù)
• Django：一個(gè)網(wǎng)絡(luò)框架

有關(guān)完整列表，請參閱awesome-python GitHub 存儲庫。

與 Node.js 一樣，Python 擁有大量視頻和書面內(nèi)容，以及活躍的在線社區(qū)，以及在 40 多個(gè)國家/地區(qū)舉行的Python 會(huì)議 (PyCon)等會(huì)議。

判決

他們都在這里獲勝，因?yàn)?Node 和 Python 都擁有高質(zhì)量的內(nèi)容、活躍的社區(qū)以及大量用于開發(fā)的包。

常見用例

Python 和 Node.js 各有優(yōu)缺點(diǎn)，我們在此進(jìn)行了深入介紹。由于 Python 的包和社區(qū)，一些任務(wù)更適合 Python，而由于語言的體系結(jié)構(gòu)和其他因素，一些任務(wù)更適合 Node.js。

Node.js

由于 Node.js 的非阻塞和事件驅(qū)動(dòng)架構(gòu)，它往往常用于：

• CPU 綁定操作：由于良好的多線程支持
• I/O 操作：由于非阻塞和事件驅(qū)動(dòng)的架構(gòu)
• 實(shí)時(shí)應(yīng)用程序：使用像socket.io 這樣的庫

Python

另一方面，科學(xué)界大力支持 Python，因此有許多用于機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)分析等的軟件包，例如：

• 數(shù)字貨幣
• 科學(xué)派
• Matplotlib

如果你的應(yīng)用程序更專注于數(shù)據(jù)分析或使用科學(xué)家使用的工具，那么 Python 是一個(gè)很好的選擇。

判決

兩者都很好。這主要取決于你想用它們做什么。Node.js 適用于實(shí)時(shí)應(yīng)用程序，而 Python 適用于需要數(shù)據(jù)分析和可視化的應(yīng)用程序。

結(jié)論

我們已經(jīng)到了本文的結(jié)尾。我們已經(jīng)了解了 Python 和 Node.js 之間的區(qū)別，我希望你已經(jīng)了解到?jīng)]有完美的工具。盡管如此，這些語言仍在努力解決其局限性，無論是使用內(nèi)置工具還是第三方工具。

你對后端語言的選擇很大程度上取決于你要構(gòu)建的應(yīng)用程序類型，我希望本指南可以幫助你為后端做出正確的決定。

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