深刻淺出Node.js（八）：Connect模塊解析（之二）靜態文件中間件

上一篇專欄簡單介紹了Connect模塊的基本架構，它的執行模型十分簡單，中間件機制也使得它十分易於擴展，具有良好的可伸縮性。在Connect的良好機制下，咱們本章開始將逐步解開Connect生態圈中中間件部分，這部分給予Connect良好的功能擴展。

靜態文件中間件

也許你還記得我曾經寫過的Node.js靜態文件服務器實戰，那篇文章中我敘述瞭如何利用Node.js實現一個靜態文件服務器的許多技術細節，包括路由實現，MIME，緩存控制，傳輸壓縮，安全、歡迎頁、斷點續傳等。可是這裏咱們不須要去親自處理細節，Connect的static中間件爲咱們提供上述全部功能。代碼只需寥寥3行便可：

var connect = require('connect');  
var app = connect(); 
app.use(connect.static(__dirname + '/public'));

在項目中須要臨時搭建靜態服務器，也無需安裝apache之類的服務器，經過NPM安裝Connect以後，三行代碼便可解決需求。
這裏須要說起的是在使用該模塊的一點性能相關的細節。

動靜分離

前一章說起，app.use()方法在沒有指定路由信息時，至關於app.use("/", middleware)。這意味着靜態文件中間件將會在處理全部路徑的請求。在動靜態請求混雜的場景下，靜態中間件會在動態請求時也調用fs.stat來檢測文件系統是否存在靜態文件。這形成了沒必要要的系統調用，使得性能下降。
解決影響性能的方法既是動靜分離。利用路由檢測，避免沒必要要的系統調用，能夠有效下降對動態請求的性能影響。

app.use('/public', connect.static(__dirname + '/public'));

在大型的應用中，動靜分離一般無需到一個Node.js實例中進行，CDN的方式直接在域名上將請求分離。小型應用中，適當的進行動靜分離便可避免沒必要要的性能損耗。

緩存策略

緩存策略包含客戶端和服務端兩個部分。
客戶端的緩存，主要是利用瀏覽器對HTTP協議響應頭中cache-control和expires字段的支持。瀏覽器在獲得明確的相應頭後，會將文件緩存在本地，依據cache-control和expires的值進行相應的過時策略。這使得重複訪問的過程當中，瀏覽器能夠從本地緩存中讀取文件，而無需從網絡讀取文件，提高加載速度，也能夠下降對服務器的壓力。
默認狀況下靜態中間件的最大緩存時設置爲0，意味着它在瀏覽器關閉後就被清除。這顯然不是咱們所指望的結果。除非是在開發環境能夠無視maxAge的設置外，生產環境請務必設置緩存，由於它能有效節省網絡帶寬。

app.use('/public', connect.static(__dirname + '/public', {maxAge: 86400000}));

maxAge選項的單位爲毫秒。YUI3的CDN服務器設置過時時間爲10年，是一個值得參考的值。
靜態文件若是在客戶端被緩存，在須要清除緩存的時候，又該如何清除呢？這裏的實現方法較多，一種較爲推薦的作法是爲文件進行md5處理。

http://some.url/some.js?md5

當文件內容產生改變時，md5值也將發生改變，瀏覽器根據URL的不一樣會從新獲取靜態文件。md5的方式能夠避免沒必要要的緩存清除，也能精確清除緩存。
因爲瀏覽器自己緩存容量的限制，儘管咱們可能設置了10年的過時時間，可是也許兩天以後就被新的靜態文件擠出了本地緩存。這將持續引發靜態服務器的響應，也即意味着，客戶端緩存並不能徹底解決下降服務器壓力的問題。
爲了解決靜態服務器重複讀取磁盤形成的壓力，這裏須要引出第二個相關的中間件：staticCache。

app.use(connect.staticCache());  
app.use(「/public」, connect.static(__dirname + '/public', {maxAge: 86400000}));

這是一個提供上層緩存功能的中間件，可以將磁盤中的文件加載到內存中，以提升響應速度和提升性能。
它的官方測試數據以下：

static(): 2700 rps 
node-static: 5300 rps 
static() + staticCache(): 7500 rps

另外一個專門用於靜態文件託管的模塊叫node-static，其性能是Connect靜態文件中間件的效率的兩倍。可是在緩存中間件的協助下，能夠彌補性能損失。
事實上，這個中間件在生產環境下並不推薦被使用，並且它將在Connect 3.0版本中被移除。可是它的實現中有值得玩味的地方，這有助於咱們認識Node.js模型的優缺點。
staticCache中間件有兩個主要的選項：maxObjects和maxLength。表明的是能存儲多少個文件和單個文件的最大尺寸，其默認值爲128和256kb。爲什麼會有這兩個選項的設定，緣由在於V8有內存限制的緣由，做爲緩存，若是沒有良好的過時策略，緩存將會無限增長，直到內存溢出。設置存儲數量和單個文件大小後，能夠有效抑制緩存區的大小。
事實上，該緩存還存在的缺陷是單機狀況下，一般爲了有效利用CPU，Node.js實例並不僅有一個，多個實例進程之間將會存在冗餘的緩存佔用，這對於內存使用而言是浪費的。
除此以外，V8的垃圾回收機制是暫停JavaScript線程執行，經過掃描的方式決定是否回收對象。若是緩存對象過大，鍵太多，則掃描的時間會增長，會引發JavaScript響應業務邏輯的速度變慢。
可是這個模塊並不是沒有存在的意義，上述說起的缺陷大多都是V8內存限制和Node.js單線程的緣由。解決該問題的方式則變得明瞭。
風險轉移是Node.js中經常使用於解決資源不足問題的方式，尤爲是內存方面的問題。將緩存點，從Node.js實例進程中轉移到第三方成熟的緩存中去便可。這能夠保證：

1. 緩存內容不冗餘。
2. 集中式緩存，減小不一致性的發生。
3. 緩存的算法更優秀以保持較高的命中率。
4. 讓Node.js保持輕量，以解決它更擅長的問題。

Connect推薦服務器端緩存採用varnish這樣的成熟緩存代理。而筆者目前的項目則是經過Redis來完成後端緩存的任務。

參考內容

• https://www.varnish-cache.org/releases
• http://www.senchalabs.org/connect/static.html
• http://www.senchalabs.org/connect/staticCache.html

關於做者

田永強，新浪微博@樸靈，前端工程師，曾就任於SAP，現就任於淘寶，花名樸靈，致力於NodeJS和Mobile Web App方面的研發工做。雙修先後端JavaScript，寄望將NodeJS引薦給更多的工程師。興趣：讀萬卷書，行萬里路。我的Github地址：http://github.com/JacksonTian。