用Node.js做Web前端服务器的一些经验

前不久 NCZ 发表了新文章 Node.js and the new web front-end，描述了用 node.js 做 Web 前端服务器的种种优势。NCZ 在文章中推荐了一套服务器模型(图片来源自Node.js and the new web front-end)。

这个模型在传统的后台服务器前，增加了一层 node.js 实现的 Frontend Server 层。这种架构的最大好处是前后端开发人员的依赖分离，让后端开发人员不必再关心数据在页面间如何传递、用户数据获取是通过 Ajax 还是刷新页面等前端开发所涉及的方方面面，前端开发人员也不必再关心数据如何在数据库中存储等等后端问题。

The front-end and back-end now have a perfect split of concerns amongst the engineers who are working on those parts. The front-end has expanded back onto the server where the Node.js UI layer now exists, and the rest of the stack remains the realm of back-end engineers. – Nicholas C. Zakas

碰巧前不久，我在公司内部尝试了这种架构，这里正好分享一些 node.js 做 Web 前端服务器的经验。

与后台服务器的交互

在用户的一次请求中，往往需要请求多个不同的后台接口。由于 node.js 的异步特性，写多次 HTTP 请求并处理回调是一件非常痛苦的事情，例如

var request = require( 'request' );

exports.index = function (req, res) {
    request( 'API_A' , function (err, response, body) {
        if (err) {
            // ...
        }
        request( 'API_B' , function (err, response, body) {
            if (err) {
                // ...
            }

            request( 'API_C' , function (err, response, body) {
                if (err) {
                    // ...
                }

                // ...
            });
        });
    });
};

这种情况通过 [async] 库可以很很好的解决这个问题。[async] 是一个工具包，提供了各种各样的小函数来简化 node.js 的异步回调处理。

var request = require( 'request' );
var async = require( 'async' );

exports.index = function (req, res) {
    async.map([ 'API_A' , 'API_B' , 'API_C' , /* ... */ ], request, function (err, results) {
        if (err) {
            // ...
        }

        var resultA = results[0];
        var resultB = results[1];
        var resultC = results[2];
        // ...
    });
};

通过 async.map 可以很轻易的实现并行请求数据。如果需要串行请求数据，可以使用 async.Series 函数。除此之外，还可以使用 async.mapLimit 来限制 node.js 的并发连接数。

常用 API 数据的获取

有些 API 数据是几乎每个页面都会用到的，例如当前用户的个人信息等。对于这类数据，可以通过 middleware 的方式来将它传递给 controller。

var request = require( 'request' );
var async = require( 'async' );

function userdata (req, res, next) {
    request( 'GET_USER_API' , function (err, response, body) {
        if (err) {
            next(err);
            return ;
        }

        req.user = JSON.parse(body);
        next();
    });
}

app.get( '/pageA' , userdata, pageAController);
app.get( '/pageB' , userdata, pageBController);
app.get( '/pageC' , userdata, pageCController);

Cookie 代理

如果 API 接口需要验证 Cookie，那么 node.js 在发送 API 请求时，需要将用户的 Cookie 信息发到后台服务器。同样的，如果后台 API 接口修改了用户 Cookie，例如登陆 API，那么还需要 node.js 将设置用户 Cookie 的请求转发给用户。这就需要实现一个 cookieRequest 方法。

var request = require( 'request' );
var cookieRequest = function (userRequest, userResponse, url, callback) {
    var options = {
        url: url,
        headers: {}
    };
    options.headers.Cookie = userRequest.header( 'Cookie' ); // 将用户的 Cookie 传递给后台服务器

    request(options, function (error, response, body) {
        userResponse.setHeader( 'Cookie' , response.headers.cookie);
        callback.apply( null , arguments);
    });
};

多核优化

由于 node.js 的单进程特性，只启动一个 node.js 实例的话不能充分发挥多核 CPU 的性能。因此 node.js 提供了 cluster模块来解决这个问题。cluster 可以管理多个服务器进程，充分发挥多核 CPU 的性能。

用法很简单，只需要创建一个新的启动脚本，调用 cluster 模块来启动服务即可，node.js 官方的 API 文档给了一个很简单的例子：

var cluster = require( 'cluster' );
var http = require( 'http' );
var numCPUs = require( 'os' ).cpus().length;

if (cluster.isMaster) {
  // Fork workers.
  for ( var i = 0; i < numCPUs; i++) {
    cluster.fork();
  }

  cluster.on( 'exit' , function (worker, code, signal) {
    console.log( 'worker ' + worker.process.pid + ' died' );
  });
} else {
  // Workers can share any TCP connection
  // In this case its a HTTP server
  http.createServer( function (req, res) {
    res.writeHead(200);
    res.end( "hello world\n" );
  }).listen(8000);
}

性能

老的 Web 服务器使用的是 tomcat + java 的架构，用 node.js 重写整个前端层之后，整个服务的性能提升了不少。目前这个项目只是个人娱乐，所以也没有做太专业的性能测试，只是用 ab 随便打了打压力，在我的 iMac(2.7G i5, 12G) 上大约有 20% 的性能提升。这和 node.js HTTP 模块的高性能以及并发请求 API 不无关系。

结语

随着项目规模的扩展，Web 前端服务器与后端服务器分离是一个不可避免的趋势。而 node.js 提供了一套对前端开发人员更加友好的 Web 前端服务器方案，这一方案将前后端开发人员从彼此不擅长的领域中解救出来，降低了沟通成本，对于提升开发效率有着非常大的帮助。