分针网——每日分享:Node.js 之 HTTP实现详细分析
Node.js的强项是处理网络请求,那我们就来分析一个HTTP请求在Node.js中是怎么被处理的,以及JavaScript在这个过程中引入的开销到底有多大。
Node.js采用的网络请求处理模型是IO多路复用。它与传统的主从多线程并发模型是有区别的:只使用有限的线程数(1个),所以占用系统资源很少;操作系统级的异步IO支持,可以减少用户态/内核态切换,并且本身性能更高(因为直接与网卡驱动交互);JavaScript天生具有保护程序执行现场的能力(闭包),传统模型要么依赖应用程序自己保存现场,或者依赖线程切换时自动完成。当然,并不能说IO多路复用就是最好的并发模型,关键还是看应用场景。
我们来看“hello world”版Node.js网络服务器:
代码思路分析
createServer([requestListener])
createServer创建了http.Server对象,它继承自net.Server。事实上,HTTP协议确实是基于TCP协议实现的。createServer的可选参数requestListener用于监听request事件;另外,它也监听connection事件,只不过回调函数是http.Server自己实现的。然后调用listen让http.Server对象在端口3333上监听连接请求并最终创建TCP对象,由tcp_wrap.h实现。最后会调用TCP对象的listen方法,这才真正在指定端口开始提供服务。我们来看看涉及到的所有JavaScript对象:
涉及到的C++类大多只是对libuv做了一层包装并公布给JavaScript,所以不在这里特别列出。我们有必要提一下http-parser,它是用来解析http请求/响应消息的,本身十分高效:没有任何系统调用,没有内存分配操作,纯C实现。
connection事件
当服务器接受了一个连接请求后,会触发connection事件。我们可以在这个结点获取到套接字文件描述符,之后就可以在这个文件描述符上做流式读或写,也就是所谓的全双工模式。上文提到net.Server的listen方法会创建TCP对象,并且提供TCP对象的onconnection事件回调方法;这里可以利用字段net.Server.maxConnections做过载保护,后面会讲到。并且会把clientHandle(本次连接的套接字文件描述符)封装成net.Socket对象,作为connection事件的参数。我们来看看调用过程:
tcp_wrap.cc
OnConnection 在connection_wrap.cc中定义
上文提到的clientHandle实际上是uv_accept的第二个参数,指服务当前连接的套接字文件描述符。net.Server的字段 _handle 会在JavaScript侧存储该字段。最后我们上一张流程图:
request事件
connection事件的回调函数connectionListener(lib/_http_server.js)中,首先获取http-parser对象,设置parser.onIncoming回调(马上会用到)。当连接套接字有数据到达时,调用http-parser.execute方法。http-parser在解析过程中会触发如下回调函数:
on_message_begin:在开始解析HTTP消息之前,可以设置http-parser的初始状态(注意http-parse有可能是复用的而不是重每次新创建)
on_url:解析请求的url,对响应消息不起作用
on_status, 解析状态码,只对http响应消息起作用
on_head_field, 头字段名称
on_head_value:头字段对应值
on_headers_complete:当所有头解析完成时
on_body:解析http消息中包含的payload
on_message_complete:解析工作结束
Node.js中Parser类是对http-parser的包装,它会注册上面所有的回调函数。同时,暴露给JavaScript5个事件:
kOnHeaders,kOnHeadersComplete,kOnBody,kOnMessageComplete,kOnExecute。在lib/_http_common.js中监听了这些事件。其中,当需要强制把头字段回传到JavaScript时会触发kOnHeaders;例如,头字段个数超过32,或者解析结束时仍然有头字段没有回传给JavaScript。当调用完http_parser_execute后触发kOnExecute。kOnHeadersComplete事件触发时,会调用parser的onIncoming回调函数。仅仅HTTP头解析完成之后,就会触发request事件。执行流程如下:
总结
说了那么多,其实仍然离不开最基础的套接字编程步骤,对于服务器端依次是:create、bind,listen、accept和close。客户端会经历create、bind、connect和close。想了解更多套接字编程的同学可以参考《UNIX网络编程》。
HTTP场景分析
上面提到的Node.js版hello world只涵盖了HTTP处理最基本的情况,但是也足以说明Node.js处理得非常简洁。现在,我们来分析一些典型的HTTP场景。
1. keep-alive
对于前端应用,HTTP请求瞬间数量比较多,但每个请求传输的数据一般不大;这时,用同一个TCP连接处理同一个用户发出的HTTP请求可以显著提高性能。但是keep-alive也不是万能的,如果用户每次只发起一个请求,它反而会因为延长连接的生存时间,浪费服务器资源。
针对同一个连接,Node.js会维持一个incoming队列和一个outgoing队列。应用程序通过监听request事件,可以访问ServerResponse和IncomingMessage对象,当请求处理完成之后(调用response.end()),ServerResponse会响应finish事件。如果它是本次连接上最后一个response对象,则准备关闭连接;否则,继续触发request事件。每个连接最长超时时间默认为2分钟,可以通过http.Server.setTimeout调整。
现在把我们的Node.js版hello world修改一下
客户端代码如下:
套接字复用的时序如下: