Node.js 之 HTTP實現詳細分析

分針網每日分享：Node.js 之 HTTP實現詳細分析

 

Node.js的強項是處理網絡請求，那咱們就來分析一個HTTP請求在Node.js中是怎麼被處理的，以及JavaScript在這個過程當中引入的開銷到底有多大。

 

Node.js採用的網絡請求處理模型是IO多路複用。它與傳統的主從多線程併發模型是有區別的：只使用有限的線程數（1個），因此佔用系統資源不多；操做系統級的異步IO支持，能夠減小用戶態/內核態切換，而且自己性能更高（由於直接與網卡驅動交互）；JavaScript天生具備保護程序執行現場的能力（閉包），傳統模型要麼依賴應用程序本身保存現場，或者依賴線程切換時自動完成。固然，並不能說IO多路複用就是最好的併發模型，關鍵仍是看應用場景。

 

咱們來看「hello world」版Node.js網絡服務器：

 

require('http').createServer((req, res) => {

res .end('hello world');

}).listen(3333);

 

代碼思路分析

 

createServer([requestListener])

 

createServer建立了http.Server對象，它繼承自net.Server。事實上，HTTP協議確實是基於TCP協議實現的。createServer的可選參數requestListener用於監聽request事件；另外，它也監聽connection事件，只不過回調函數是http.Server本身實現的。而後調用listen讓http.Server對象在端口3333上監聽鏈接請求並最終建立TCP對象，由tcp_wrap.h實現。最後會調用TCP對象的listen方法，這才真正在指定端口開始提供服務。咱們來看看涉及到的全部JavaScript對象：

 

 

 

涉及到的C++類大多隻是對libuv作了一層包裝並公佈給JavaScript，因此不在這裏特別列出。咱們有必要提一下http-parser，它是用來解析http請求/響應消息的，自己十分高效：沒有任何系統調用，沒有內存分配操做，純C實現。

 

connection事件

 

當服務器接受了一個鏈接請求後，會觸發connection事件。咱們能夠在這個結點獲取到套接字文件描述符，以後就能夠在這個文件描述符上作流式讀或寫，也就是所謂的全雙工模式。上文提到net.Server的listen方法會建立TCP對象，而且提供TCP對象的onconnection事件回調方法；這裏能夠利用字段net.Server.maxConnections作過載保護，後面會講到。而且會把clientHandle（本次鏈接的套接字文件描述符）封裝成net.Socket對象，做爲connection事件的參數。咱們來看看調用過程：

 

tcp_wrap.cc

 

void TCPWrap::Listen(const FunctionCallbackInfo<Value>& args) {

int err = uv_listen(reinterpret_cast<uv_stream_t*>(&wrap->handle_),

backlog ,

OnConnection );

args .GetReturnValue().Set(err);

}

 

OnConnection 在connection_wrap.cc中定義

 

// ...省略不重要的代碼

uv_stream_t * client_handle =

reinterpret_cast <uv_stream_t*>(&wrap->handle_);

// uv_accept can fail if the new connection has already been closed, in

// which case an EAGAIN (resource temporarily unavailable) will be

// returned.

if (uv_accept(handle, client_handle))

return;

 

// Successful accept. Call the onconnection callback in JavaScript land.

argv [1] = client_obj;

// ...省略不重要的代碼

wrap_data ->MakeCallback(env->onconnection_string(), arraysize(argv), argv);

 

上文提到的clientHandle其實是uv_accept的第二個參數，指服務當前鏈接的套接字文件描述符。net.Server的字段 _handle 會在JavaScript側存儲該字段。最後咱們上一張流程圖：

 

 

 

request事件

 

connection事件的回調函數connectionListener（lib/_http_server.js）中，首先獲取http-parser對象，設置parser.onIncoming回調（立刻會用到）。當鏈接套接字有數據到達時，調用http-parser.execute方法。http-parser在解析過程當中會觸發以下回調函數：

 

on_message_begin：在開始解析HTTP消息以前，能夠設置http-parser的初始狀態（注意http-parse有多是複用的而不是重每次新建立）

 

on_url：解析請求的url，對響應消息不起做用

 

on_status, 解析狀態碼，只對http響應消息起做用

 

on_head_field, 頭字段名稱

 

on_head_value：頭字段對應值

 

on_headers_complete：當全部頭解析完成時

 

on_body：解析http消息中包含的payload

 

on_message_complete：解析工做結束

 

Node.js中Parser類是對http-parser的包裝，它會註冊上面全部的回調函數。同時，暴露給JavaScript5個事件：

kOnHeaders，kOnHeadersComplete，kOnBody，kOnMessageComplete，kOnExecute。在lib/_http_common.js中監聽了這些事件。其中，當須要強制把頭字段回傳到JavaScript時會觸發kOnHeaders；例如，頭字段個數超過32，或者解析結束時仍然有頭字段沒有回傳給JavaScript。當調用完http_parser_execute後觸發kOnExecute。kOnHeadersComplete事件觸發時，會調用parser的onIncoming回調函數。僅僅HTTP頭解析完成以後，就會觸發request事件。執行流程以下：

 

 

 

總結

 

說了那麼多，其實仍然離不開最基礎的套接字編程步驟，對於服務器端依次是：create、bind，listen、accept和close。客戶端會經歷create、bind、connect和close。想了解更多套接字編程的同窗能夠參考《UNIX網絡編程》。

 

HTTP場景分析

 

上面提到的Node.js版hello world只涵蓋了HTTP處理最基本的狀況，可是也足以說明Node.js處理得很是簡潔。如今，咱們來分析一些典型的HTTP場景。

 

1. keep-alive

 

對於前端應用，HTTP請求瞬間數量比較多，但每一個請求傳輸的數據通常不大；這時，用同一個TCP鏈接處理同一個用戶發出的HTTP請求能夠顯著提升性能。可是keep-alive也不是萬能的，若是用戶每次只發起一個請求，它反而會由於延長鏈接的生存時間，浪費服務器資源。

 

針對同一個鏈接，Node.js會維持一個incoming隊列和一個outgoing隊列。應用程序經過監聽request事件，能夠訪問ServerResponse和IncomingMessage對象，當請求處理完成以後（調用response.end()）,ServerResponse會響應finish事件。若是它是本次鏈接上最後一個response對象，則準備關閉鏈接；不然，繼續觸發request事件。每一個鏈接最長超時時間默認爲2分鐘，能夠經過http.Server.setTimeout調整。

如今把咱們的Node.js版hello world修改一下

 

var delay = [2000, 30, 500];

var i = 0;

require('http').createServer((req, res) => {

// 爲了讓請求模擬更真實，會調整每一個請求的響應時間

setTimeout(() => {

res .end('hello world');

}, delay[i]);

i = (i+1)%(delay.length);

}).listen(3333, () => {

// listen的回調函數

console .log('listen at 3333');

});

 

客戶端代碼以下：

 

var http = require('http');

 

// 設置HTTP agent開啓keep-alive模式

// 套接字的打開時間維持1分鐘

var agent = new http.Agent({

keepAlive : true,

keepAliveMsecs : 60000

});

 

// 每次請求結束以後，都會再發起一次請求

// doReq每調用一次只會觸發2次請求

function doReq(again, iter) {

let request = http.request({

hostname : '192.168.1.10',

port : 3333,

agent :agent

}, (res) => {

console .log(`${new Date().valueOf()} ${iter} ${again} Headers: ${JSON.stringify(res.headers)}`);

console .log(request.socket.localPort);

// 設置解析響應的編碼格式

res .setEncoding('utf8');

// 接收響應

res .on('data', (chunk) => {

console .log(`${new Date().valueOf()} ${iter} ${again} Body: ${chunk}`);

});

if (again) doReq(false, iter);

});

// 發起請求

request .end();

}

 

for (let i = 0; i < 3; i++) {

doReq(true, i);

}

 

套接字複用的時序以下：

 

 

 

本文轉自： http://www.f-z.cn/id/287