Node.js

ここまでで、HTML や JavaScript というプログラミング言語、 そして、Linux や Git というプログラミングのためのツールを学んできました。

ついにここから Web サービスを作っていきます。
これからの節では、セキュリティの問題のないチャットサービスが作れるようになります。

もくじ

皆さんはニコニコや Google、LINE など沢山の Web サービスを利用した経験がありますね。
これからは、そういった多彩な機能を持つ Web サービスの開発にとりかかっていきます。

そして Web サービスを開発するために Node.js を利用します。
今回は、この Node.js を使った簡単なプログラミングを体験してみましょう。

Node.js

Node.js（ノード・ジェイエス）とは、Web ブラウザ以外でも JavaScript のプログラムを実行するための JavaScript 実行環境です。

入門コース第 1 章で学んだ JavaScript は Web ブラウザ上で実行しました。
しかし Node.js を使えば、Web ブラウザ以外の環境でも、JavaScript の文法で書かれたプログラムを実行できるようになるのです。

そのため、Node.js は Web アプリケーションの「サーバサイド」で使うことができます。
サーバサイドとは、サーバクライアント型 Web アプリケーションのサーバ側のソフトウェアのことです。

また現在では、Node.js はサーバサイドに限らず、開発用ツールやデスクトップアプリの開発にも使われています。
皆さんが今プログラミングに使っている VS Code も、実は Node.js を使って作られているのです。

Node.js は、複数のコアを持つ CPU を活かす必要のない処理では、 C++ や Java といった高速なプログラミング言語と同等のパフォーマンスを発揮します。

また、 JavaScript はスクリプト言語であり、手軽に開発できます。
スクリプト言語は、 C++ や Java などで必要な「コンパイル」という機械語への変換を必要としないのです。

JavaScript と Node.js の使い方を覚えれば、あらゆるシーンで利用できるソフトウェアを一通り作ることができます。

日本国内でもリクルートやヤフー、サイバーエージェント、メルカリ、AbemaTV といった有名 IT 企業で Node.js が使われている実績があります。また、Stack Overflow という世界最大のプログラミング質問サイトにおける 2023 年の調査でも、よく使われている環境との結果が出ています。

Node.js のインストール

Node.js 自体は Windows や macOS でも使えますが、実際に Web アプリを動かすサーバは Linux である事が多いため、開発環境も Linux に合わせる方が望ましいといえます。

そのため、入門コースでは Docker コンテナで Node.js を使えるようにします。

Docker コンテナで Node.js を使う方法

Docker コンテナで Node.js を使えるようにするためには、次の方法が考えられます。

方法 1 : Ubuntu などの Docker コンテナに Node.js をインストールする

入門コース第 2 章のように、Ubuntu などの Docker イメージをベースにした Docker コンテナを用意し、そこに Node.js をインストールする方法です。

具体的には、Dockerfile に apt-get install で Node.js をインストールする設定を記述します。

方法 1: Ubuntu イメージ + node.js

方法 2 : Node.js がすでにインストールされた軽量な Docker イメージを使用する

Ubuntu などの Docker イメージに Node.js をインストールする設定を追記するのではなく、すでに Node.js がインストールされた Docker イメージを使用する方法です。つまり、Node.js に特化した Docker イメージを使用します。

Node.js に特化した Docker イメージには Node.js を使った開発をするための必要最低限の機能しか入っていないため、非常に軽量です。

このように Docker コンテナの元となる Docker イメージには、単なる Linux ディストリビューションだけでなく、特定の言語や実行環境に特化したものがたくさんあります。

このコースでは、実際の開発でも有用な「方法 2 」で、Node.js の環境を用意しましょう。
今回は「node」という Node.js に特化した Docker イメージを使っていきます。

方法 2: Node.js に特化した Docker イメージ（node イメージ）

Node.js イメージの Docker 環境

Node.js に特化した Docker イメージから、Docker コンテナを構築・起動しましょう。

作業ディレクトリの用意

Docker コンテナの設定ファイル（Dockerfile や compose.yaml）を置くための作業ディレクトリを用意します。

次のコマンドを入力しましょう。

mkdir -p ~/workspace/nodejs-study
cd ~/workspace/nodejs-study
code .

nodejs-study という新しいディレクトリを作ってそのディレクトリに移動し、VS Code を起動するコマンドです。

ベースとなる Docker イメージ

これから Dockerfile を作っていくのですが、その中にベースとなる Docker イメージを記述します。
今回の場合、ベースとなる Docker イメージは、Node.js に特化した Docker イメージです。
第 2 章の場合は、ベースとなる Docker イメージとして Ubuntu:22.04 というイメージを指定しました。

この、ベースとなる Docker イメージはどこから探せば良いのでしょうか？
答えは Docker Hub です。

Docker Hub

Docker Hub（ドッカー・ハブ）は、公開の Docker イメージを探すための Web サイトです。
オリジナルの Docker イメージを Docker Hub で公開できます。

https://hub.docker.com/

以上の URL にアクセスしましょう。
初めての場合アカウント登録の画面が出ますが、今回アカウントを登録する必要はありません。

ページ上部の検索フィールドに「node」と入力して、検索してみましょう。
すると、「node」という公式の Docker イメージが表示されます。

Docker Hub の node イメージ

「node」をクリックしてみましょう。
すると、「Supported tags and respective Dockerfile links」の項目に、非常にたくさんのバージョンがあるとわかります。

これは、Node.js という環境そのもののバージョンと、Linux ディストリビューションのバージョンがいくつもあるからです。

Node.js のバージョン管理

Node.js をはじめ、プログラミング言語や実行環境にはバージョンがあります。
Node.js を使ってプログラミングをする上で、Node.js のバージョン管理は非常に重要です。

なぜなら Node.js が現在も開発中のプラットフォームで、更新されていくものだからです。
それゆえ、今まで利用していた機能が次のバージョンで使えなくなるということもありえます。

どのバージョンの Node.js を利用しているのかを明確にし、必要に応じてバージョンを切り替えられる、というバージョン管理が重要なのです。

Docker を利用すればバージョン管理を容易に行うことができます。
開発の中で、もしバージョンを変更する必要が出てきたら、Docker Hub の node イメージのページから必要なバージョンを選択しましょう。

ベースとなる Docker イメージの選択

このコースでは Node.js のバージョンとして、2023 年時点での LTS（Long Term Support）、つまり安定版の 18 系を使うことにしましょう。

Dockerfile では、node:18.15.0 のように :（コロン）の後ろにバージョンを置くことで、デフォルトのイメージを指定できます

node:18.15.0 は Debian GNU/Linux という Linux ディストリビューションをベースにしたイメージです。

Docker の Node.js には slim というイメージを軽量化したものが準備されています。
slim を使うとコンテナのビルドなどが高速になります。 このコースでは、node:18.15.0-slim をベースの Docker イメージとして指定することにしましょう。

再掲: node イメージ

Dockerfile の用意

先ほど用意した作業ディレクトリ、つまり ~/workspace/nodejs-study の中に Dockerfile という名前のファイルを作成し、次のとおりにコピー&ペーストしましょう。
Dockerfile に拡張子はありません。

FROM --platform=linux/x86_64 node:18.15.0-slim

RUN apt-get update && \
    apt-get install -y locales git procps
RUN locale-gen ja_JP.UTF-8
RUN localedef -f UTF-8 -i ja_JP ja_JP
ENV LANG=ja_JP.UTF-8
ENV TZ=Asia/Tokyo
WORKDIR /nodejs-study

必要になったら、Dockerfile に設定を追記していきましょう。

compose.yaml の用意

続いて、Docker コンテナを起動するために便利な compose.yaml を書いていきましょう。

Dockerfile と同様に、~/workspace/nodejs-study の中に compose.yaml という名前のファイルを作成しましょう。

YAML ファイルでは、インデント（字下げ）を厳密に判定するので注意してください。
コピー&ペーストを使ってもかまいません。

version: '3'
services:
  app:
    build: .
    tty: true
    volumes:
      - .:/nodejs-study

Docker コンテナの起動

node イメージから Docker コンテナを構築し、起動しましょう。

VS Code のウィンドウ中にシェルを表示させる

ここから先、VS Code 上でプログラムを書いて、Docker コンテナを開いているシェル（Windows の場合は Git Bash、macOS の場合は iTerm2）から実行することを繰り返します。

このとき、シェルも VS Code 上に表示させてしまうと便利です。

このためには、VS Code 上で Ctrl + @(Control^ + @) のショートカットキーを押しましょう。

すると、ウィンドウ右下にシェルが出現します。

VS Code 上でシェルが開けた

ここで開くシェルは、各 OS のデフォルトのシェル（Windows であれば Powershell、macOS であれば zsh）です。iTerm2 を使っていても、その裏では zsh というシェルが動いています。

Windows をお使いの方、および macOS をお使いの方でシェルを変更したい方は、「+」ボタンの隣にあるボタンを押して、シェルを選択しましょう。

シェルの選択画面

なお、VS Code で開かれるデフォルトのシェルを変更する方法もありますが、ここでは説明しません。

cd ~/workspace/nodejs-study
docker compose up -d

docker compose up -d --build

cd ~/workspace/nodejs-study
docker compose up -d

docker compose up -d --build

Docker コンテナの構築・起動には、最初だけ数分〜十数分程度の時間がかかるでしょう。
なお、2 回目以降は数秒で起動できるようになります。

起動が完了してプロンプトが入力を受け付ける状態になったら、Docker コンテナのコンソールにアクセスしましょう。

winpty docker compose exec app bash

the input device is not a TTY.  If you are using mintty, try prefixing the command with 'winpty'

echo 'exec winpty bash' >> ~/.bash_profile

docker compose exec app bash

Docker コンテナ（Debian GNU/Linux）のコンソールが起動したでしょうか？

Docker コンテナが起動した

起動した Docker コンテナ（Debian GNU/Linux）のコンソールに次のコマンドを入力してみましょう。

node --version

このように、node コマンドにオプション --version を与えるとバージョンが確認できます。

v18.15.0

以上のように表示されたでしょうか。

Node.js を使ってみよう

今度は Node.js を動かしてみます。

node

とだけ入力すると、

Welcome to Node.js v18.15.0.
Type ".help" for more information.
>

と表示され、コンソールが入力を受け付ける状態になります。
これは REPL という機能のプロンプトです。

REPL

REPL（レプル）とは Read-Eval-Print Loop（リード・イーバル・プリント・ループ）の略称で、入力したコードをその場で実行して、結果を表示するツールです。
第 1 章で Chrome のデベロッパツールのコンソールを使い JavaScript を試した環境と同じようなものです。

試しに、

2 * 3

以上を入力して、2 かける 3 を計算させてみましょう。

6

と計算結果が表示されます。

REPL は、 Ctrl + c を二度押すことで終了できます。
終了せてみましょう。

>
(To exit, press Ctrl+C again or Ctrl+D or type .exit)
>

これで、通常のシェルのコマンド入力画面に戻ります。

Node.js のプロジェクト

Node.js は、先ほどのように REPL で動かすこともできますが、プログラムをファイルにまとめて書いて動かすこともできます。

HTML の時と同じように、プロジェクトディレクトリを用意して編集を開始しましょう。

cd /nodejs-study
touch app.js

以上のコマンドを実行します。
app.js という、JavaScript ソースコードを書くファイルを作成しています。

合計を計算するプログラム

ここまでできたら、プログラムを編集していきます。

VS Code の左のファイル一覧（エクスプローラー）から app.js を選択し、次のように編集してみましょう。

'use strict';
const number = process.argv[2] || 0;
let sum = 0;
for (let i = 1; i <= number; i++) {
  sum = sum + i;
}
console.log(sum);

これは、「1」から「コマンドライン引数で与えられた数」までを合計して出力するプログラムです。
コマンドライン引数とは、シェルからコマンドを実行するときに、コマンドと一緒に書いた引数をプログラムに渡す仕組みのことです。
詳しくは、下で説明します。

'use strict';

const number = process.argv[2] || 0;

node app.js 100 200

process.argv[0] = '/usr/local/bin/node'   //nodeのパスの例
process.argv[1] = '/nodejs-study/app.js'  //app.jsのパスの例
process.argv[2] = '100'                   //コマンドライン引数の 1 つ目
process.argv[3] = '200'                   //コマンドライン引数の 2 つ目

const number = process.argv[2] || 0;

node

null || 1;
undefined || 1;
0 || 1;
2 || 1;

1
1
1
2

const number = process.argv[2] || 0;

let sum = 0;
for (let i = 1; i <= number; i++) {
  sum = sum + i;
}
console.log(sum);

Node.js プログラムの実行

プログラムを実行しましょう。
以下のコマンドを入力します。

node app.js 100

結果として

5050

が表示されれば成功です（1 + 2 + 3 + ... + 100 = 5050 です）。
これで、 Node.js を利用したプログラミングができるようになりました。

let text = "あいうえお";
if (text === "あいうえお" ){
  console.log("trueと判定されました");
}

let text = "あいうえお";
if (text){
  console.log("trueと判定されました");
}

これで今回の Node.js プログラムの実行は終了です。
Docker コンテナを終了・破棄しましょう。

コンテナの終了・破棄手順

exit

docker compose down

exit

docker compose down

GitHub へのプッシュ

最後に今のコードを、GitHub に上げましょう。

1. https://github.com/ にアクセスし、「New repository」をクリックします
2. nodejs-study という名前で「Create repository」をクリックします

ここで 「 …or push an existing repository from the command line 」以下に表示されたコマンドをひかえておきましょう。

GitHub のリポジトリの作り方を確認する

GitHub にリポジトリができたら、次はローカルのコンソールで Git リポジトリを作成し、コミットしましょう。

cd ~/workspace/nodejs-study
git init
git add .
git commit -m "first commit"

その後、先ほどひかえておいたコマンド

git remote add origin git@github.com:あなたのユーザ名/nodejs-study.git
git branch -M main
git push -u origin main

を実行します。
これで、あなたの書いたコードは GitHub で管理されるようになりました。

まとめ

• Node.js は、サーバサイドプログラミングができるプラットフォーム
• 特定の Node.js バージョンの Docker イメージを指定することで、Node.js のバージョン管理ができる。
• Node.js は REPL で実行することも、ファイルに書いたプログラムの実行もできる
• 論理和 の演算子||は、選択的代入に利用できる

練習

Node.js で、1 以上の自然数の階乗を求める関数を実装してみましょう。
なお、階乗とは 1 からその与えられた自然数までの数を全てかけたものです。たとえば 5 の階乗は、5 * 4 * 3 * 2 * 1 で、120 になります。
GitHub の練習問題リポジトリをフォークして、 正解のプルリクを送ってください。

まず GitHub 上でフォークし、自分の intro-curriculum-3001 リポジトリをローカルに clone してはじめましょう。

intro-curriculum-3001 のフォークボタン

clone のしかたを確認する

Windows の方は Git Bash、macOS の方は iTerm2 に次のコマンドを入力します。

cd ~/workspace
git clone git@github.com:あなたのユーザ名/intro-curriculum-3001.git
cd intro-curriculum-3001
code .
docker compose up -d
docker compose exec app bash

このようにリポジトリの内容をローカルにクローンすることで、自分の手元で編集ができるようになります。
VS Code で、intro-curriculum-3001 フォルダを開き、 app.js の中身が下記の通りになっていることを確認しましょう。

'use strict';
/**
 * 与えられた自然数の階乗を返す
 * 階乗とは、1からその与えられた自然数までの数をすべてかけたものです
 * @param {Number} n
 * @returns {Number}
 */
function factorial(n) {
  let result = 1;
  // TODO このコメントを消して正しく実装してください。
  return result;
}
const assert = require('node:assert');
assert.strictEqual(factorial(1), 1, `1の階乗は1ですが、実際は${factorial(1) }でした`);
assert.strictEqual(factorial(2), 2, `2の階乗は2ですが、実際は${factorial(2) }でした`);
assert.strictEqual(factorial(3), 6, `3の階乗は6ですが、実際は${factorial(3) }でした`);
assert.strictEqual(factorial(10), 3628800, `10の階乗は3628800ですが、実際は${factorial(10) }でした`);
console.log('すべてのテストを通過しました');

factorial が階乗を計算する関数です。
この関数が未完成の状態になっていますので、正しく階乗を計算して返すようにコードを書いて完成させてください。

const assert = require('node:assert');

この部分は Node.js が持つアサーションという機能を、オブジェクトとして読み込む記述方法です。詳しくはこの後の回で説明していきます。

ここで使われている `（バッククォーテーション）で囲まれている文字列は、 ${プログラム内の値} という形式の文字列を含めることで、 変数の値を埋め込むことができる Template Literal（テンプレート・リテラル）という機能です。

実装が完了したらファイルを保存し、Docker コンテナ（Debian GNU/Linux）のコンソールで次のコマンドを実行しましょう。

cd /intro-curriculum-3001
node app.js

を実行してください。
すると、コードの後半に書かれている assert によるテストが実行されます。

間違っている場合には、

node:assert:123
  throw new AssertionError(obj);
  ^

AssertionError [ERR_ASSERTION]: 2の階乗は2ですが、実際は1でした

以上のように間違っていることが表示されます。

全てのテストに成功した場合は

全てのテストを通過しました

と表示されます。
全てのテストが通るようになったら、GitHub へ push し、プルリクを作成しましょう。

練習の答え

 function factorial(n) {
   let result = 1;
-  // TODO このコメントを消して正しく実装してください。
+  for (let i = 1; i <= n; i++) {
+    result = result * i;
+  }
   return result;
 }

node app.js

全てのテストを通過しました

exit

git add .
git commit -m "階乗関数の実装"
git push origin main-2023

学習が完了したら、Docker コンテナを終了・破棄しておきましょう。 Docker コンテナの終了・破棄手順

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