Node.js 服務性能翻倍的秘密（二）

作者：shenfq 2020-12-28 08:48:44

前一篇文章介紹了 fastify 通過 schema 來序列化 JSON，為 Node.js 服務提升性能的方法。今天的文章會介紹 fastify 使用的路由庫，翻閱其源碼（lib/route.js）可以發現，fastify 的路由庫并不是內置的，而是使用了一個叫做 find-my-way 的路由庫。

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前言

前一篇文章介紹了 fastify 通過 schema 來序列化 JSON，為 Node.js 服務提升性能的方法。今天的文章會介紹 fastify 使用的路由庫，翻閱其源碼(lib/route.js)可以發現，fastify 的路由庫并不是內置的，而是使用了一個叫做 find-my-way 的路由庫。

route.js

這個路由庫的簡介也很有意思，號稱“超級無敵快”的 HTTP 路由。

README

看上去 fastify 像是依賴了第三方的路由庫，其實這兩個庫的作者是同一批人。

author

如何使用find-my-way 通過 on 方法綁定路由，并且提供了 HTTP 所有方法的簡寫。

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"}') 
}))

其實內部就是通過遍歷所有的 HTTP 方法名，然后在原型上擴展的。

Router.prototype.on = function on (method, path, opts, handler) { 
  if (typeof opts === 'function') { 
    // 如果 opts 為函數，表示此時的 opts 為 handler 
    handler = opts 
    opts = {} 
  } 
  // ... 
} 
for (var i in http.METHODS) { 
  const m = http.METHODS[i] 
  const methodName = m.toLowerCase() 
  // 擴展方法簡寫 
  Router.prototype[methodName] = function (path, handler) { 
    return this.on(m, path, handler) 
  } 
}

綁定的路由可以通過 lookup 調用，只要將原生的 req 和 res 傳入 lookup 即可。

const http = require('http') 
 
const server = http.createServer((req, res) => { 
  // 只要將原生的 req 和 res 傳入 lookup 即可 
  router.lookup(req, res) 
}) 
  
server.listen(3000)

find-my-way 會通過 req.method/req.url 找到對應的 handler，然后進行調用。

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) 
  } 
  // 調用 hendler 
  return handle.handler(req, res, handle.params) 
}

路由的添加和查找都基于樹結構來實現的，下面我們來看看具體的實現。

Radix Tree

find-my-way 采用了名為 Radix Tree(基數樹) 的算法，也被稱為 Prefix Tree(前綴樹)。Go 語言里常用的 web 框架echo和gin都使用了Radix Tree作為路由查找的算法。

在計算機科學中，基數樹，或稱壓縮前綴樹，是一種更節省空間的Trie(前綴樹)。對于基數樹的每個節點，如果該節點是確定的子樹的話，就和父節點合并。

Radix Tree

在 find-my-way 中每個 HTTP 方法(GET、POST、PUT ...)都會對應一棵前綴樹。

// 方法有所簡化... 
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 為函數，表示此時的 opts 為 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, 
  }) 
  // 調用 _insert 方法 
  this._insert(method, path, handler) 
 
} 
Router.prototype._insert = function _insert (method, path, handler) { 
  // 取出方法對應的 tree 
  var currentNode = this.trees[method] 
  if (typeof currentNode === 'undefined') { 
    // 首次插入構造一個新的 Tree 
    currentNode = new Node({ method }) 
    this.trees[method] = currentNode 
  } 
  while(true) { 
    // 為 currentNode 插入新的節點... 
  } 
}

每個方法對應的樹在第一次獲取不存在的時候，都會先創建一個根節點，根節點使用默認字符(/)。

trees

每個節點的數據結構如下：

// 只保留了一些重要參數，其他的暫時忽略 
function Node(options) { 
  options = options || {} 
  this.prefix = options.prefix || '/' // 去除公共前綴之后的字符，默認為 / 
  this.label = this.prefix[0]         // 用于存放其第一個字符 
  this.method = options.method        // 請求的方法 
  this.handler = options.handler      // 請求的回調 
  this.children = options.children || {} // 存放后續的子節點 
}

當我們插入了幾個路由節點后，樹結構的具體構造如下：

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] 
}

如果我們綁定一個名為 /axxx 的路由，為了節約內存，不會生成三個 label 為x 的節點，只會生成一個節點，其 label 為 x，prefix 為 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] 
}

插入路由節點

通過之前的代碼可以看到， on 方法最后會調用內部的 _insert 方法插入新的節點，下面看看其具體的實現方式：

Router.prototype._insert = function _insert (method, path, handler) { 
  // 取出方法對應的 tree 
  var currentNode = this.trees[method] 
  if (typeof currentNode === 'undefined') { 
    // 首次插入構造一個新的 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綴 
    node = currentNode.findByLabel(path) 
    if (node) { 
      // 公共前綴存在，復用 
      currentNode = node 
      continue 
    } 
    // 公共前綴不存在，創建一個 
    node = new Node({ method: method, prefix: path }) 
    currentNode.addChild(node) 
  } 
}

插入節點會調用 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() // 取出第一個字符做為 label 
  this.children[label] = node 
  return this 
}

本質是遍歷路徑的每個字符，然后判斷當前節點的子節點是否已經存在一個節點，如果存在就繼續向下遍歷，如果不存在，則新建一個節點，插入到當前節點。

tree

查找路由節點

find-my-way 對外提供了 lookup 方法，用于查找路由對應的方法并執行，內部是通過 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 
        } 
      } 
    } 
    // 繼續向下查找 
    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 
}

查找節點也是通過遍歷樹的方式完成的，找到節點之后還需要放到 handle 是否存在，存在的話需要執行回調。

總結

本文主要介紹了 fastify 的路由庫通過 Radix Tree 進行提速的思路，相比于其他的路由庫通過正則匹配(例如 koa-router 就是通過 path-to-regexp 來解析路徑的)，效率上還是高很多的。

責任編輯：姜華來源：更了不起的前端

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