基于JavaScript语言的快速物联网开发架构

发布时间：2025-11-04 19:12:23 来源：码上建站 作者：系统运维

随 JavaScript 语言的基于架构流行，及物联网领域的速物崛起，我们能看到它们结合的联网可能性，同时也发现它特别适合于物联网开发。基于架构因此，速物在这篇文章里，联网笔者将主要从以下三个方面进行介绍：

那么，联网先让我们看看典型的基于架构物联网架构是怎样的吧。

典型的速物物联网架构

我们甚至还可以认为，物联网只是联网对互联网的扩展。与传统的基于架构 C/S 架构相比，它多了一个“数据采集层”，速物我们称之为传感器层、联网硬件层等。数据的产出不再只是用户，还来自于各式各样的云服务器联网设备。物联网不再局限于使用 HTTP 协议来传输数据，它还会使用 CoAP（受限制的应用协议）、MQTT（消息队列遥测传输）协议。

物联网的四个层级

当前的物联网应用，所要做的就是控制和数据处理。指令，由用户到终端一层一层往下下达，直到硬件端由设备去执行。而数据，便是一层一层往上上报，直至被可视化。

因此，与互联网的架构相比（如图 1、图 2 所示），起点与终点不一样了：指令的终点与数据的起点，变成了硬件层，而非***的用户层。

数据由客户端 A 发送到服务端，客户端 B 再从服务端获取 A 的数据，如此便算是完成了一个回路。b2b供应网而物联网架构则稍微麻烦了一些，多了一个层级，便多了一个步骤。

而这些联网设备，会负责处理来自各个硬件设备的数据，并将其上传至服务器。同时，它会提供一个无线（如蓝牙、红外、ZigBee）接口作为数据的入口。因此，这一层级需要有更好的数据处理能力，并且它应该要可以快速开发。因为这些设备主要做的是协调工作，IT技术网我们习惯于将其称为“协调层”。

使用多种语言的物联网

多年以前，笔者曾做过一个并不复杂的物联网系统：

为此，我们需要使用 Python、Java、javascript、C、Arduino 五种语言。而如果我们要写相应的 iOS 应用，还要用到 Objective-C。对于其他物联网项目来说，也多是如此，这简直是一场灾难。

在做这样的物联网项目之前，我们需要找到六个不同类型的工程师：一个硬件工程师设计电路图，一个懂硬件的嵌入式工程师，一个写服务端应用的工程师，一个写 Web 前端的工程师，以及对应的 Android 和 ios 工程师。

且不考虑系统本身的协作，要找到这么多的工程师就不是一件容易的事。而如果我们可以只使用一种语言，将大大地改善开发效率、开发人员的难题。JavaScript 语言下的物联网架构

JavaScript 语言在最近几年里特别流行，它流行起来有很多个原因，如：

那么，只使用 JavaScript，我们可以设计出怎样的物联网系统呢？

基于纯 JavaScript 的物联网架构

如上所述，几年前要想寻找一门能完成一个包含客户端、服务端的系统的语言可谓相当地困难。而随着客户端（浏览器、移动设备）性能的提升、Node.js 的出现，这样的语言就浮现了出来，即 JavaScript。它不仅可以让我们只用一门语言来降低开发成本，还能实现快速地开发出这样的一个系统。那么，剩下的问题就是，在不同的层级，如何选用合适的框架来实现快速开发。

如图 3 所示，我们可以看到不同层级的可选用 JavaScript 方案。在此之中，有些纯粹只是为了证明 JavaScript 是可行的；有一些则可以在开发效率与运行速率上达到***的平衡。选用这些方案，可以让我们实现更快速的 JavaScript 物联网应用开发。

服务层

对于服务层来说，自主开发的物联网服务端，主要采用的是基于 node.js 的方案。然而，我们发现有越来越多的应用，在使用 Serverless 的架构，不仅可以快速推出一个可用的原型，未来也能够轻松地基于这个原型来添加业务功能。

图 4 便是我们看到的物联网服务层的三种方案：

自主开发：即遵循传统的服务端开发模式，定义自己所需要的功能； 使用云服务：直接使用成熟的物联网云服务，它们在云端集成了各种所需要的功能； Serverless：Server 可以看作是在云服务之上的自主开发，集两者之便利。

自主开发

出于不同的原因，诸如保密、安全、可扩展、核心技术等原因，一定规模的公司会采用自主开发的方式。这种开发方式与 Web 应用开发方式并没有太大区别，都是在数据进行 CRUD 操作。并且和前后端分离架构一样，使用 API 作为接口，同时再加上支持不同的传输协议，如 MQTT、CoAP 等。

如笔者之前在 GitHub 上开源的 Lan（https://github.com/phodal/lan），便是一个精简的物联网服务端示例。基于 Node.js 与 MongoDB，其架构如图 5 所示。

除此，物联网系统在存储上，采用 NoSQL 作为存储介质会有更大的优势。一般来说，物联网系统的数据都是写入远远多于读取的场景。与此同时，由于设备的种类繁多，不可能为每一类设备创建表；或者考虑到大量设备的特性，来建立一个通用的表，但在未来这样的表可能仍不适用。

因此，对于物联网数据来说，选用诸如 mongodb 这一类的 NoSQL 数据库，有这么一些优点：

然而，这样的系统不免存在研发周期长的问题。如果需要快速验证，那么应该考虑使用云服务来完成部分功能。

物联网云服务

对于硬件团队来说，直接使用云服务是一种更简单、快速的搭建物联网系统的方法。而使用物联网云服务，就意味着：我们可以直接上硬件层的传感器数据，并在应用层获取、分析这些数据。这一类的服务，比较成熟的有 AWS IoT Things（如图 6 所示）、Azure IoT 等。

基于 AWS IoT Things，我们只需要在云端，定义好对应的数据处理规则，便可以在硬件端直接对接服务。不过值得注意的是，单一的云服务无法提供复杂的功能，这个时候就需要一些搭配额外的服务。

Serverless

Serverless 架构（如图 7 所示）是云服务的一种，但是它在可编程与云服务之间做了一个折中。它是一种基于互联网的技术架构理念，应用逻辑并非全部在服务端实现，而是采用 FaaS（Function as a Service）架构，通过功能组合来实现应用程序逻辑。

从理论上来讲，这些服务提供的是一层 API 封装，它不会限制我们所使用的语言。使用 Serverless 服务，我们可以具备更好的快速开发能力，并且能使用同一种语言（JavaScript）来完成编程。

在这个过程中，开发者要所做的便是：在不同的服务之间传输数据，每一次都只处理下一个服务所需要的数据，类似于 Pipe and Filters 架构模式。如一个典型的物联网应用的数据传输过程中是这样的：

只需要少量的编程，我们就可以完成服务端的开发。随后，专注于硬件层的开发，以及应用层的业务功能。

应用层

在应用层方面，已经有大量的地方使用到了 JavaScript。除了传统的桌面浏览器，还有更多的领域也可以用 JavaScript 来开发。比如移动应用，已经有基于 Cordova + WebView 的成熟方案，还有近两三年流行起来的 React Native，都可以让开发者使用 JavaScript 完成物联网移动应用的开发。又如微信小程序，可以直接用蓝牙来连接硬件设备，也是使用 JavaScript 来编程。

因此，就目前的 Web 趋势来看，在应用层，JavaScript 将是快速开始的主流选择。

今天，开发人员在做移动端的技术选型时，都会优先考虑到跨平台能力（android、iOS）。而在这些跨平台框架里，混合应用框架 Cordova（WebView）和 react Native 是使用最为广泛的两个框架，且它们都是使用 JavaScript 作为核心开发语言。

Cordova 是使用 WebView 来渲染页面的。因此与 Reavt Native 相比，使用 Cordova 的***优势是，可以复用已有的 Web 前端应用的逻辑，并且有大量的图表工具可以直接使用——这一点在物联网应用中特别重要。而在混合应用框架中，Ionic 是这个领域使用最多的 UI 框架。

React Native 使用原生组件来渲染 UI 组件，不仅可以解决 Cordova 饱受诟病的性能问题；同时，它还能嵌入 WebView，解决一些复杂的图表显示问题。

但是如果只能蓝牙的交互，可以考虑 PWA 或微信小程序。运行在 Chrome 浏览器上的 PWA 应用，可以直接使用 Web Devices API，如 Bluetooth、NFC、USB，即在浏览器上直接调用原生接口，并实现对设备的控制。而诸如最近一年内流行的微信小程序，则也可以访问蓝牙、GPS、罗盘、加速度计等硬件接口，同时用户不存在安装成本，打开即用。

另外，诸如 Electron、NW.js 这样的框架，可以让开发者直接使用 WebView + Node.js 模块开发物联网桌面应用。它可以加速 UI 界面的开发，并轻松地美化 UI 界面。

硬件层

在硬件层上，就当前而言，Arduino 是最合适的原型开发硬件，除此还有自带 Wi-Fi 的 ESP8266 开发板。尽管使用 JavaScript 的开发板数量较少，也没有 Arduino 这样的成熟生态，但是未来可期。在嵌入式领域，使用 JavaScript 编写的代码，具有移植性强、事件驱动、天生支持异步等特点。

令人遗憾的是，为了保持上面提到的那些 JavaScript 特性，当前的 JavaScript 开发板都需要处理性能比较高的处理器，这也导致了此类开发板在生产上存在较高的成本。不过，好在多数使用 JavaScript 作为开发语言的设备，都具有网络功能连接到互联网，直接作为物联网设备使用。

就目前而言，这一类的设备有 Tessel、Espruino、Ruff 等等，它们的处理器性能都相当不错，价格也相对较高一些。但是，它们可以直接使用 JavaScript，能为软件开发工程师屏蔽底层相关细节，及事件驱动、异步特性，带来更好的开发体验。

协调层

当我们的硬件层不能直接联网时，协调层就可以完成这样的功能。作为一个协调层的设备，它应该能与一定数量的微控制器连接，接收它们的数据，并上传到服务端；又能与服务端通讯，获取一些控制指令，并将这些指令准时地发送给不同的控制器。所以，它需要有更好的处理能力、更多的 RAM、ROM 等等。因此，在这一层级使用 JavaScript 便不存在成本问题。我们只需要使用和服务端、应用层相似的知识，就可以快速地连接设备到网络中心。还能直接在本地的 Linux 机器上编写代码，并无缝地运行在设备上。

这一类应用，依赖于 Node.js 引擎来实现快速开发。它可以运行在带有嵌入式系统的开发板上，如流行的 Raspberry Pi、OpenWRT 路由器等。

我们只需要一个运行嵌入式 linux 系统的开发板，就可以完成这样的工作。与此同时，主流的 ARM 开发板都提供相应的 Linux 移植，因此在这个层级，我们也只需要关注于业务的实现。

小结

如上所述，物联网应用的架构与 Web 应用的架构区别并不是太大，只是在这上面做一系列的演进。除了上面提到的一系列快速实践框架，当前在 Web 开发中流行的一些开发思想，势必也会引导到物联网系统中：

物联网会吸引互联网的优秀开发思想，并演进出更优秀的架构。

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