2023年2月20日

JavaScript/NodeJS Web前端之我見

前言

這一兩年因為工作需要接觸了JavaScript/NodeJS與Web前端,也因此對所謂的Web前端有了更深刻的體會和理解。

這篇文章雖然標題寫的是JavaScript介紹,但後面會描述JavaScript和Web前端的不可替代性。

Web前後端概念

早期的Web並沒有區分前後端,典型的開發方式是先做個Web版型,然後Web內容替換asp/php/jsp寫的function和變數,瀏覽器載入時,Server會執行這些function,並將執行結果放入Web中提供給瀏覽器。

目前的Web開發,則多半會建議前後端分離,所謂的前後端分離,指的是後端一樣是asp/php/jsp,現在甚至可以是NodeJS Express/Python Django。

後端開發後,提供的是所謂的RESTFul API,一般簡稱REST API或API。

前端開發,則幾乎都是以JavaScript/TypeScript為主的Web App。

為什麼分成前後端?有沒有必要?能不能不學JavaScript/TypeScript而用Java/Python/C++開發?

這是我在接觸Web前端時的一系列疑問,而後得到了答案。

1. 為什麼分成前後端?有沒有必要?

Google多半會查到,現在的趨勢如此,專業分工,前後端架構...等,但WordPress沒有前後端分離,一樣有很大的使用群,那需求和原因在哪?

其實最關鍵的需求和原因,是多平台支援。

現在這個時代,手機佔了很大的使用群,手機又區分了Apple和Android,Apple要使用ObjectC/Swift開發,Android要使用Java/Kotlin開發,而傳統的PC和Web要支援嗎?PC可能要用c#開發,Web要使用JS開發。

為了能夠滿足多平台開發,典型前後端一體的開發方式,無法適用在這樣的情境中,因此,將後端改為REST API,前端各自使用HTTP API串接成了解決方案,而這點,才是前後端分離開發的真正原因。

換句話說,假設今天明確的需求是,我們只使用Web瀏覽器,並且不打算支援手機,那麼是否要前後端分離其實沒這麼重要。

2. 能不能不學JavaScript/TypeScript而用Java/Python/C++開發?

這個問題,很多後端想跨入前端開發的都會問,我一開始也是如此,事實上這有好處。

想想看,團隊成員都會Java,直接用Java開發前後端,人力能自由調配,這是很大的優勢。

但實際上呢?答案是不太行,原因很簡單。

目前所有的Web瀏覽器,核心都是JavaScript Engine,而目前Web瀏覽器,尤其是Chrome,基本上跨所有作業系統平台,Chrome地位等同以前的IE,幾乎是Web瀏覽器的代名詞,因為它原生支援的是JavaScript Engine,學習JavaScript這件事就避免不了。

那TypeScript和其他語言又如何呢?

目前TypeScript和其他語言,都是透過轉譯器的方式,將程式碼轉譯成JS後,在提供給Web瀏覽器執行的。

Web前端優勢

我們先帶個比較無關的東西,看一看Google AI的TensorFlow SDK"主要"支援哪些語言?

TensorFlow API Document

TensorFlow SDK支援4種語言,包括:

Python/JavaScript/C++/Java

其中有趣的是,Java點進去會發現,它都寫這個支援未來可能移除。

Python因為簡單易學,是目前的顯學,學校教的程式語言,都開始改教Python,以AI主軸在類神經網路設計/訓練/推論這幾個開發點,程式語言帶出的系統架構不是重點,程式執行速度也不是重點,簡單實做和修改類神經網路才是重點,因此以Python為主要語言是合理的。

C++的優勢除了程式執行速度快,上至伺服器服務和Web後端,下至MCU都能支援,最重要的是,C++編譯後,Binary反組譯比較難,原始程式碼隱蔽性好,是主要語言合理。

Java在程式語言開發中,仍舊有非常高的使用率,因此支援Java不意外,但它的開發便利性不如Python,程式碼沒有隱蔽性,不如C++,因此有支援但可能移除就不意外了。

那JavaScript為什麼變成主要支援的語言?

簡單的說,目前所有Web瀏覽器都只支援JavaScript,而目前所有作業系統平台都有Web瀏覽器,支援JavaScript,等於能讓AI應用從PC到手機全部支援。

意思是,JavaScript與Web瀏覽器,原生就具備跨平台能力,儘管在不同平台上的整合度沒有各平台原生語言強,但套用Java以前的標語:One language run anywhere 完全沒問題。

JavaScript與分散式特性

傳統系統開發時,為了最大化系統效能,通常會測試系統可支持的最大負載量,然後將最大負載量設為80%左右。

一般而言,不論是PC/IPC/開發板,效能越強單價越高,通常都希望盡可能的降低程式CPU和記憶體的使用量,拉高系統可負載量。

當我們代入Web前後端開發後,上述的最大負載量能直覺反應,它是屬於Web後端的服務,那前端呢?

Web前端通常運作在Web瀏覽器中,因此JavaScript和Web瀏覽器執行在Client端。

一個極端的說法,對於Web前端而言,後端只需要有個Web Server提供儲存空間,能讓Web瀏覽器下載HTML和JS,後續就能在Client端的瀏覽器中執行。

從這個觀點看JavaScript和Web前端,它是完美的分散式架構,所有程式都分散運行在全部的Client當中,不會佔用後端Server服務資源。

白話的說,如果盡可能在Web前端用JS開發和執行,能最大程度降低後端服務器的負載量,增加整個系統的使用效率。

而目前Web瀏覽器和JS SDK能夠支援的運算越來越多,已不是傳統的JS function只處理頁面顯示,像是TensorFlow能夠直接用Web瀏覽器在本地執行Ai程式,WebGL能夠直接在Web瀏覽器繪圖,瀏覽器內嵌的影片播放器能夠直接播放影片並進行H264/H265...等影像格式解碼,以往這些負載較大的程式,現在都能轉到Web前端運行,以分散式觀點而言,能很大程度的降低後端負載,增加系統負載量。

Web3.0與區塊鍊

區塊鍊細節這裡不提,一方面熟悉度沒這麼高,一方面是要描述Web3.0與分散式發展的觀點。

前面提到,從Web前後端觀點看JavaScript和Web瀏覽器的應用,JavaScript和Web形成了完美的分散式架構,有沒有一種可能,讓全部的Web瀏覽器之間互相連線,運行同一支JavaScript程式,變成一個全分散的執行環境和系統?

我認為,Web3.0提出的區塊鍊就是答案。

我們把記憶回到以前的P2P,包括eDonkey和BT,並以eDonkey設計思考。

eDonkey這類P2P的典型設計如下:

所有P2P Client都有檔案清單,所有資源都在P2P Client,eDonkey Server處理的,是紀錄和提供P2P Client的IP列表。

P2P Client啟動後,先連上eDonkey Server詢問最新的P2P Client列表,再跟自己的P2P Client列表比對,接著根據上傳或下載提供檔案(資源)清單,接著進行檔案(資源)上傳和下載。

Server主要服務是維護P2P Client清單。

BT則進一步透過DHT,讓P2P Client之間能夠互相連線取得這份清單,進一步降低Server的依賴性。

那麼,有沒有可能這樣的設計用JavaScript開發在Web瀏覽器上面執行?

我認為區塊鍊是這樣設計的變形。

典型的區塊鍊,每個Client(錢包)都以token形式表示,Client(錢包)中每個代幣(資源)也都以token表示,每個所謂的主鍊(P2P Network),所有的代幣(資源)都以linklist的形式串接,新的代幣(資源)要加入到主鍊(P2P Network),需要主鍊上超過一半以上的Client認可後,串入其中。

會發現,Server在其中的角色和傳統P2P網路的Server有一點相似,Server所謂的交易處理,可看做傳統P2P網路中,新增檔案(資源)時,通知各個P2P Client,進行資源清單同步的動作。

當然,在區塊鍊下,區塊鍊的Server的服務更多,區塊鍊錢包的功能是以錢包為主,沒有所謂的資源,但如果以P2P和Web瀏覽器的分散性思考,比較能夠體會坊間將區塊鍊介紹為Web3.0的原因。


結論

JavaScript從一開始就是Web瀏覽器主要的執行引擎,在目前的Web開發中,具有Web瀏覽器執行的不可取代性。

因為Web的普及,Web瀏覽器是很重要的跨平台環境,這讓JavaScript具有特殊性。

又因為Web瀏覽器是在Client端作業系統中運行,讓JavaScript具有分散性。

以前Java所謂的One language run anywhere,現在的作業系統中,Windows Linux PC預設都沒有Java,Apple iOS也沒有Java,只有Android還以JavaVM為基礎。

但看看現在的Web瀏覽器,PC/Android/Apple iOS,每個平台都有,JavaScript在這個時代成為了One language run anywhere的代表。

以此為基礎,NodeJS可單獨執行,並且有Express這樣的Framework,這讓JavaScript從Web瀏覽器前端跨入伺服器後端服務程式,回想一開始期望的,假如團隊中都是Java開發者,前端到後端都使用Java開發,人力調配的便利性,如果Java改成JavaScript和NodeJS呢?

(圖和排版後續補上)

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