Node.js 服务性能翻倍的秘密(二)

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。

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。

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。

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。

const router = require(‘./index’)()router.on(‘GET’, ‘/a’, (req, res, params) => { res.end(‘{“message”: “GET /a”}’)})router.get(‘/a/b’, (req, res, params) => { res.end(‘{“message”: “GET /a/b”}’)}))

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。

Router.prototype.on = function on (method, path, opts, handler) { if (typeof opts === ‘function’) { // 如果 opts 为函数,表示此时的 opts 为 handler handler = opts opts = {} } // …}for (var i in http.METHODS) { const m = http.METHODS[i] const methodName = m.toLowerCase() // 扩展方法简写 Router.prototype[methodName] = function (path, handler) { return this.on(m, path, handler) }}

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。

const http = require(‘http’)const server = http.createServer((req, res) => { // 只要将原生的 req 和 res 传入 lookup 即可 router.lookup(req, res)}) 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。

Router.prototype.lookup = function lookup (req, res) { var handle = this.find(req.method, sanitizeUrl(req.url)) if (handle === null) { return this._defaultRoute(req, res, ctx) } // 调用 hendler 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 Treefind-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。

Radix Tree

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

// 方法有所简化…function Router (opts) { opts = opts || {} this.trees = {} this.routes = []}Router.prototype.on = function on (method, path, opts, handler) { if (typeof opts === ‘function’) { // 如果 opts 为函数,表示此时的 opts 为 handler handler = opts opts = {} } this._on(method, path, opts, handler)}Router.prototype._on = function on (method, path, opts, handler) { this.routes.push({ method, path, opts, handler, }) // 调用 _insert 方法 this._insert(method, path, handler)}Router.prototype._insert = function _insert (method, path, handler) { // 取出方法对应的 tree var currentNode = this.trees[method] if (typeof currentNode === ‘undefined’) { // 首次插入构造一个新的 Tree currentNode = new Node({ method }) this.trees[method] = currentNode } while(true) { // 为 currentNode 插入新的节点… }}

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(/)。

trees

每个节点的数据结构如下:

// 只保留了一些重要参数,其他的暂时忽略function Node(options) { options = options || {} this.prefix = options.prefix || ‘/’ // 去除公共前缀之后的字符,默认为 / this.label = this.prefix[0] // 用于存放其第一个字符 this.method = options.method // 请求的方法 this.handler = options.handler // 请求的回调 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:

router.on(‘GET’, ‘/a’, (req, res, params) => { res.end(‘{“message”:”hello world”}’)})router.on(‘GET’, ‘/aa’, (req, res, params) => { res.end(‘{“message”:”hello world”}’)})router.on(‘GET’, ‘/ab’, (req, res, params) => { res.end(‘{“message”:”hello world”}’)})

GET Tree

Node { label: ‘a’, prefix: ‘a’, method: ‘GET’, children: { a: Node { label: ‘a’, prefix: ‘a’, method: ‘GET’, children: {}, handler: [Function] }, b: Node { label: ‘b’, prefix: ‘b’, method: ‘GET’, children: {}, handler: [Function] } }, 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。

router.on(‘GET’, ‘/a’, (req, res, params) => { res.end(‘{“message”:”hello world”}’)})router.on(‘GET’, ‘/axxx’, (req, res, params) => { res.end(‘{“message”:”hello world”}’)})

GET Tree

Node { label: ‘a’, prefix: ‘a’, method: ‘GET’, children: { a: Node { label: ‘x’, prefix: ‘xxx’, method: ‘GET’, children: {}, handler: [Function] } }, 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:

Router.prototype._insert = function _insert (method, path, handler) { // 取出方法对应的 tree var currentNode = this.trees[method] if (typeof currentNode === ‘undefined’) { // 首次插入构造一个新的 Tree currentNode = new Node({ method }) this.trees[method] = currentNode } var len = 0 var node = null var prefix = ” var prefixLen = 0 while(true) { prefix = currentNode.prefix prefixLen = prefix.length len = prefixLen path = path.slice(len) // 查找是否存在公共前缀 node = currentNode.findByLabel(path) if (node) { // 公共前缀存在,复用 currentNode = node continue } // 公共前缀不存在,创建一个 node = new Node({ method: method, prefix: path }) currentNode.addChild(node) }}

插入节点会调用 Node 原型上的 addChild 方法。

Node.prototype.getLabel = function () { return this.prefix[0]}Node.prototype.addChild = function (node) { var label = node.getLabel() // 取出第一个字符做为 label this.children[label] = node 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。

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。

Router.prototype.find = function find (method, path, version) { var currentNode = this.trees[method] if (!currentNode) return null while (true) { var pathLen = path.length var prefix = currentNode.prefix var prefixLen = prefix.length var len = prefixLen var previousPath = path // 找到了路由 if (pathLen === 0 || path === prefix) { var handle = currentNode.handler if (handle !== null && handle !== undefined) { return { handler: handle.handler } } } // 继续向下查找 path = path.slice(len) currentNode = currentNode.findChild(path) }}Node.prototype.findChild = function (path) { var child = this.children[path[0]] if (child !== undefined || child.handler !== null)) { if (path.slice(0, child.prefix.length) === child.prefix) { return child } } 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。

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