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Node.js 服务性能翻倍的秘密(二)

时间:2020-12-29 01:05     来源/作者:更了不起的前端

前言

前一篇文章介绍了 fastify 通过 schema 来序列化 JSON,为 Node.js 服务提升性能的方法。今天的文章会介绍 fastify 使用的路由库,翻阅其源码(lib/route.js)可以发现,fastify 的路由库并不是内置的,而是使用了一个叫做 find-my-way 的路由库。

Node.js 服务性能翻倍的秘密(二)

route.js

这个路由库的简介也很有意思,号称“超级无敌快”的 HTTP 路由。

Node.js 服务性能翻倍的秘密(二)

README

看上去 fastify 像是依赖了第三方的路由库,其实这两个库的作者是同一批人。

Node.js 服务性能翻倍的秘密(二)

author

如何使用find-my-way 通过 on 方法绑定路由,并且提供了 HTTP 所有方法的简写。

  1. const router = require('./index')() 
  2.  
  3. router.on('GET''/a', (req, res, params) => { 
  4.   res.end('{"message": "GET /a"}'
  5. }) 
  6. router.get('/a/b', (req, res, params) => { 
  7.   res.end('{"message": "GET /a/b"}'
  8. })) 

其实内部就是通过遍历所有的 HTTP 方法名,然后在原型上扩展的。

  1. Router.prototype.on = function on (method, path, opts, handler) { 
  2.   if (typeof opts === 'function') { 
  3.     // 如果 opts 为函数,表示此时的 opts 为 handler 
  4.     handler = opts 
  5.     opts = {} 
  6.   } 
  7.   // ... 
  8. for (var i in http.METHODS) { 
  9.   const m = http.METHODS[i] 
  10.   const methodName = m.toLowerCase() 
  11.   // 扩展方法简写 
  12.   Router.prototype[methodName] = function (path, handler) { 
  13.     return this.on(m, path, handler) 
  14.   } 

绑定的路由可以通过 lookup 调用,只要将原生的 req 和 res 传入 lookup 即可。

  1. const http = require('http'
  2.  
  3. const server = http.createServer((req, res) => { 
  4.   // 只要将原生的 req 和 res 传入 lookup 即可 
  5.   router.lookup(req, res) 
  6. }) 
  7.   
  8. server.listen(3000) 

find-my-way 会通过 req.method/req.url 找到对应的 handler,然后进行调用。

  1. Router.prototype.lookup = function lookup (req, res) { 
  2.   var handle = this.find(req.method, sanitizeUrl(req.url)) 
  3.   if (handle === null) { 
  4.     return this._defaultRoute(req, res, ctx) 
  5.   } 
  6.   // 调用 hendler 
  7.   return handle.handler(req, res, handle.params) 

路由的添加和查找都基于树结构来实现的,下面我们来看看具体的实现。

Radix Tree

find-my-way 采用了名为 Radix Tree(基数树) 的算法,也被称为 Prefix Tree(前缀树)。Go 语言里常用的 web 框架echo和gin都使用了Radix Tree作为路由查找的算法。

  • 在计算机科学中,基数树,或称压缩前缀树,是一种更节省空间的Trie(前缀树)。对于基数树的每个节点,如果该节点是确定的子树的话,就和父节点合并。

Node.js 服务性能翻倍的秘密(二)

Radix Tree

在 find-my-way 中每个 HTTP 方法(GET、POST、PUT ...)都会对应一棵前缀树。

  1. // 方法有所简化... 
  2. function Router (opts) { 
  3.   opts = opts || {} 
  4.   this.trees = {} 
  5.   this.routes = [] 
  6.  
  7. Router.prototype.on = function on (method, path, opts, handler) { 
  8.   if (typeof opts === 'function') { 
  9.     // 如果 opts 为函数,表示此时的 opts 为 handler 
  10.     handler = opts 
  11.     opts = {} 
  12.   } 
  13.   this._on(method, path, opts, handler) 
  14.  
  15. Router.prototype._on = function on (method, path, opts, handler) { 
  16.   this.routes.push({ 
  17.     method, path, opts, handler, 
  18.   }) 
  19.   // 调用 _insert 方法 
  20.   this._insert(method, path, handler) 
  21.  
  22. Router.prototype._insert = function _insert (method, path, handler) { 
  23.   // 取出方法对应的 tree 
  24.   var currentNode = this.trees[method] 
  25.   if (typeof currentNode === 'undefined') { 
  26.     // 首次插入构造一个新的 Tree 
  27.     currentNode = new Node({ method }) 
  28.     this.trees[method] = currentNode 
  29.   } 
  30.   while(true) { 
  31.     // 为 currentNode 插入新的节点... 
  32.   } 

每个方法对应的树在第一次获取不存在的时候,都会先创建一个根节点,根节点使用默认字符(/)。

Node.js 服务性能翻倍的秘密(二)

trees

每个节点的数据结构如下:

  1. // 只保留了一些重要参数,其他的暂时忽略 
  2. function Node(options) { 
  3.   options = options || {} 
  4.   this.prefix = options.prefix || '/' // 去除公共前缀之后的字符,默认为 / 
  5.   this.label = this.prefix[0]         // 用于存放其第一个字符 
  6.   this.method = options.method        // 请求的方法 
  7.   this.handler = options.handler      // 请求的回调 
  8.   this.children = options.children || {} // 存放后续的子节点 

当我们插入了几个路由节点后,树结构的具体构造如下:

  1. router.on('GET''/a', (req, res, params) => { 
  2.   res.end('{"message":"hello world"}'
  3. }) 
  4. router.on('GET''/aa', (req, res, params) => { 
  5.   res.end('{"message":"hello world"}'
  6. }) 
  7. router.on('GET''/ab', (req, res, params) => { 
  8.   res.end('{"message":"hello world"}'
  9. }) 

  Node.js 服务性能翻倍的秘密(二)

GET Tree

  1. Node { 
  2.   label: 'a'
  3.   prefix: 'a'
  4.   method: 'GET'
  5.   children: { 
  6.     a: Node { 
  7.       label: 'a'
  8.       prefix: 'a'
  9.       method: 'GET'
  10.       children: {}, 
  11.       handler: [Function
  12.     }, 
  13.     b: Node { 
  14.       label: 'b'
  15.       prefix: 'b'
  16.       method: 'GET'
  17.       children: {}, 
  18.       handler: [Function
  19.     } 
  20.   }, 
  21.   handler: [Function

如果我们绑定一个名为 /axxx 的路由,为了节约内存,不会生成三个 label 为x 的节点,只会生成一个节点,其 label 为 x,prefix 为 xxx。

  1. router.on('GET''/a', (req, res, params) => { 
  2.   res.end('{"message":"hello world"}'
  3. }) 
  4. router.on('GET''/axxx', (req, res, params) => { 
  5.   res.end('{"message":"hello world"}'
  6. }) 

 Node.js 服务性能翻倍的秘密(二)

GET Tree

  1. Node { 
  2.   label: 'a'
  3.   prefix: 'a'
  4.   method: 'GET'
  5.   children: { 
  6.     a: Node { 
  7.       label: 'x'
  8.       prefix: 'xxx'
  9.       method: 'GET'
  10.       children: {}, 
  11.       handler: [Function
  12.     } 
  13.   }, 
  14.   handler: [Function

插入路由节点

通过之前的代码可以看到, on 方法最后会调用内部的 _insert 方法插入新的节点,下面看看其具体的实现方式:

  1. Router.prototype._insert = function _insert (method, path, handler) { 
  2.   // 取出方法对应的 tree 
  3.   var currentNode = this.trees[method] 
  4.   if (typeof currentNode === 'undefined') { 
  5.     // 首次插入构造一个新的 Tree 
  6.     currentNode = new Node({ method }) 
  7.     this.trees[method] = currentNode 
  8.   } 
  9.  
  10.   var len = 0 
  11.   var node = null 
  12.   var prefix = '' 
  13.   var prefixLen = 0 
  14.   while(true) { 
  15.     prefix = currentNode.prefix 
  16.     prefixLen = prefix.length 
  17.     len = prefixLen 
  18.     path = path.slice(len) 
  19.     // 查找是否存在公共前缀 
  20.     node = currentNode.findByLabel(path) 
  21.     if (node) { 
  22.       // 公共前缀存在,复用 
  23.       currentNode = node 
  24.       continue 
  25.     } 
  26.     // 公共前缀不存在,创建一个 
  27.     node = new Node({ method: method, prefix: path }) 
  28.     currentNode.addChild(node) 
  29.   } 

插入节点会调用 Node 原型上的 addChild 方法。

  1. Node.prototype.getLabel = function () { 
  2.   return this.prefix[0] 
  3.  
  4. Node.prototype.addChild = function (node) { 
  5.   var label = node.getLabel() // 取出第一个字符做为 label 
  6.   this.children[label] = node 
  7.   return this 

本质是遍历路径的每个字符,然后判断当前节点的子节点是否已经存在一个节点,如果存在就继续向下遍历,如果不存在,则新建一个节点,插入到当前节点。

Node.js 服务性能翻倍的秘密(二)

tree

查找路由节点

find-my-way 对外提供了 lookup 方法,用于查找路由对应的方法并执行,内部是通过 find 方法查找的。

  1. Router.prototype.find = function find (method, path, version) { 
  2.   var currentNode = this.trees[method] 
  3.   if (!currentNode) return null 
  4.  
  5.   while (true) { 
  6.     var pathLen = path.length 
  7.     var prefix = currentNode.prefix 
  8.     var prefixLen = prefix.length 
  9.     var len = prefixLen 
  10.     var previousPath = path 
  11.     // 找到了路由 
  12.     if (pathLen === 0 || path === prefix) { 
  13.       var handle = currentNode.handler 
  14.       if (handle !== null && handle !== undefined) { 
  15.         return { 
  16.           handler: handle.handler 
  17.         } 
  18.       } 
  19.     } 
  20.     // 继续向下查找 
  21.     path = path.slice(len) 
  22.     currentNode = currentNode.findChild(path) 
  23.   } 
  24.  
  25. Node.prototype.findChild = function (path) { 
  26.   var child = this.children[path[0]] 
  27.   if (child !== undefined || child.handler !== null)) { 
  28.     if (path.slice(0, child.prefix.length) === child.prefix) { 
  29.       return child 
  30.     } 
  31.   } 
  32.  
  33.   return null 

查找节点也是通过遍历树的方式完成的,找到节点之后还需要放到 handle 是否存在,存在的话需要执行回调。

总结

本文主要介绍了 fastify 的路由库通过 Radix Tree 进行提速的思路,相比于其他的路由库通过正则匹配(例如 koa-router 就是通过 path-to-regexp 来解析路径的),效率上还是高很多的。

原文地址:https://mp.weixin.qq.com/s/gnd0hLc7ztiDTxD-F4U8Vw

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