node.js實現(xiàn)BigPipe詳解
BigPipe 是 Facebook 開發(fā)的優(yōu)化網(wǎng)頁加載速度的技術(shù)。網(wǎng)上幾乎沒有用 node.js 實現(xiàn)的文章，實際上，不止于 node.js，BigPipe 用其他語言的實現(xiàn)在網(wǎng)上都很少見。以至于這技術(shù)出現(xiàn)很久以后，我還以為就是整個網(wǎng)頁的框架先發(fā)送完畢后，用另一個或幾個 ajax 請求再請求頁面內(nèi)的模塊。直到不久前，我才了解到原來 BigPipe 的核心概念就是只用一個 HTTP 請求，只是頁面元素不按順序發(fā)送而已。
了解了這個核心概念就好辦了，得益于 node.js 的異步特性，很容易就可以用 node.js 實現(xiàn) BigPipe。本文會一步一步詳盡地用例子來說明 BigPipe 技術(shù)的起因和一個基于 node.js 的簡單實現(xiàn)。
我會用 express 來演示，簡單起見，我們選用 jade 作為模版引擎，并且我們不使用引擎的子模版（partial）特性，而是以子模版渲染完成以后的 HTML 作為父模版的數(shù)據(jù)。
先建一個 nodejs-bigpipe 的文件夾，寫一個 package.json 文件如下：
{
"name": "bigpipe-experiment"
, "version": "0.1.0"
, "private": true
, "dependencies": {
"express": "3.x.x"
, "consolidate": "latest"
, "jade": "latest"
}
}
運行 npm install 安裝這三個庫，consolidate 是用來方便調(diào)用 jade 的。
先做個最簡單的嘗試，兩個文件：
app.js:
var express = require('express')
, cons = require('consolidate')
, jade = require('jade')
, path = require('path')
var app = express()
app.engine('jade', cons.jade)
app.set('views', path.join(__dirname, 'views'))
app.set('view engine', 'jade')
app.use(function (req, res) {
res.render('layout', {
s1: "Hello, I'm the first section."
, s2: "Hello, I'm the second section."
})
})
app.listen(3000)
views/layout.jade
doctype html
head
title Hello, World!
style
section {
margin: 20px auto;
border: 1px dotted gray;
width: 80%;
height: 150px;
}
section#s1!=s1
section#s2!=s2
效果如下：
接下來我們把兩個 section 模版放到兩個不同的模版文件里：
views/s1.jade:
h1 Partial 1
.content!=content
views/s2.jade:
h1 Partial 2
.content!=content
在 layout.jade 的 style 里增加一些樣式
section h1 {
font-size: 1.5;
padding: 10px 20px;
margin: 0;
border-bottom: 1px dotted gray;
}
section div {
margin: 10px;
}
將 app.js 的 app.use() 部分更改為：
var temp = {
s1: jade.compile(fs.readFileSync(path.join(__dirname, 'views', 's1.jade')))
, s2: jade.compile(fs.readFileSync(path.join(__dirname, 'views', 's2.jade')))
}
app.use(function (req, res) {
res.render('layout', {
s1: temp.s1({ content: "Hello, I'm the first section." })
, s2: temp.s2({ content: "Hello, I'm the second section." })
})
})
之前我們說“以子模版渲染完成以后的 HTML 作為父模版的數(shù)據(jù)”，指的就是這樣，temp.s1 和 temp.s2 兩個方法會生成 s1.jade 和 s2.jade 兩個文件的 HTML 代碼，然后把這兩段代碼作為 layout.jade 里面 s1、s2 兩個變量的值。
現(xiàn)在頁面看起來是這樣子：
一般來說，兩個 section 的數(shù)據(jù)是分別獲取的——不管是通過查詢數(shù)據(jù)庫還是 RESTful 請求，我們用兩個函數(shù)來模擬這樣的異步操作。
var getData = {
d1: function (fn) {
setTimeout(fn, 3000, null, { content: "Hello, I'm the first section." })
}
, d2: function (fn) {
setTimeout(fn, 5000, null, { content: "Hello, I'm the second section." })
}
}
這樣一來，app.use() 里的邏輯就會比較復(fù)雜了，最簡單的處理方式是：
app.use(function (req, res) {
getData.d1(function (err, s1data) {
getData.d2(function (err, s2data) {
res.render('layout', {
s1: temp.s1(s1data)
, s2: temp.s2(s2data)
})
})
})
})
這樣也可以得到我們想要的結(jié)果，但是這樣的話，要足足 8 秒才會返回。
其實實現(xiàn)邏輯可以看出 getData.d2 是在 getData.d1 的結(jié)果返回后才開始調(diào)用，而它們兩者并沒有這樣的依賴關(guān)系。我們可以用如 async 之類的處理 JavaScript 異步調(diào)用的庫來解決這樣的問題，不過我們這里就簡單手寫吧：
app.use(function (req, res) {
var n = 2
, result = {}
getData.d1(function (err, s1data) {
result.s1data = s1data
--n || writeResult()
})
getData.d2(function (err, s2data) {
result.s2data = s2data
--n || writeResult()
})
function writeResult() {
res.render('layout', {
s1: temp.s1(result.s1data)
, s2: temp.s2(result.s2data)
})
}
})
這樣就只需 5 秒。
在接下來的優(yōu)化之前，我們加入 jquery 庫并把 css 樣式放到外部文件，順便，把之后我們會用到的瀏覽器端使用 jade 模板所需要的 runtime.js 文件也加入進來，在包含 app.js 的目錄下運行：
mkdir static
cd static
curl http://code.jquery.com/jquery-1.8.3.min.js -o jquery.js
ln -s ../node_modules/jade/runtime.min.js jade.js
并且把 layout.jade 中的 style 標簽里的代碼拿出來放到 static/style.css 里，然后把 head 標簽改為：
head
title Hello, World!
link(href="/static/style.css", rel="stylesheet")
script(src="/static/jquery.js")
script(src="/static/jade.js")
在 app.js 里，我們把它們兩者的下載速度都模擬為兩秒，在app.use(function (req, res) {之前加入：
var static = express.static(path.join(__dirname, 'static'))
app.use('/static', function (req, res, next) {
setTimeout(static, 2000, req, res, next)
})
受外部靜態(tài)文件的影響，我們的頁面現(xiàn)在的加載時間為 7 秒左右。
如果我們一收到 HTTP 請求就把 head 部分返回，然后兩個 section 等到異步操作結(jié)束后再返回，這是利用了 HTTP 的分塊傳輸編碼機制。在 node.js 里面只要使用 res.write() 方法就會自動加上 Transfer-Encoding: chunked 這個 header 了。這樣就能在瀏覽器加載靜態(tài)文件的同時，node 服務(wù)器這邊等待異步調(diào)用的結(jié)果了，我們先刪除 layout.jade 中的這 section 這兩行：
section#s1!=s1
section#s2!=s2
因此我們在 res.render() 里也不用給 { s1: …, s2: … } 這個對象，并且因為 res.render() 默認會調(diào)用 res.end()，我們需要手動設(shè)置 render 完成后的回調(diào)函數(shù)，在里面用 res.write() 方法。layout.jade 的內(nèi)容也不必在 writeResult() 這個回調(diào)函數(shù)里面，我們可以在收到這個請求時就返回，注意我們手動添加了 content-type 這個 header：
app.use(function (req, res) {
res.render('layout', function (err, str) {
if (err) return res.req.next(err)
res.setHeader('content-type', 'text/html; charset=utf-8')
res.write(str)
})
var n = 2
getData.d1(function (err, s1data) {
res.write('<section id="s1">' + temp.s1(s1data) + '</section>')
--n || res.end()
})
getData.d2(function (err, s2data) {
res.write('<section id="s2">' + temp.s2(s2data) + '</section>')
--n || res.end()
})
})
現(xiàn)在最終加載速度又回到大概 5 秒左右了。實際運行中瀏覽器先收到 head 部分代碼，就去加載三個靜態(tài)文件，這需要兩秒時間，然后到第三秒，出現(xiàn) Partial 1 部分，第 5 秒出現(xiàn) Partial 2 部分，網(wǎng)頁加載結(jié)束。就不給截圖了，截圖效果和前面 5 秒的截圖一樣。
但是要注意能實現(xiàn)這個效果是因為 getData.d1 比 getData.d2 快，也就是說，先返回網(wǎng)頁中的哪個區(qū)塊取決于背后的接口異步調(diào)用結(jié)果誰先返回，如果我們把 getData.d1 改成 8 秒返回，那就會先返回 Partial 2 部分，s1 和 s2 的順序?qū)φ{(diào)，最終網(wǎng)頁的結(jié)果就和我們的預(yù)期不符了。
這個問題最終將我們引導(dǎo)到 BigPipe 上來，BigPipe 就是能讓網(wǎng)頁各部分的顯示順序與數(shù)據(jù)的傳輸順序解耦的技術(shù)。
其基本思路就是，首先傳輸整個網(wǎng)頁大體的框架，需要稍后傳輸?shù)牟糠钟每?div（或其他標簽）表示：
res.render('layout', function (err, str) {
if (err) return res.req.next(err)
res.setHeader('content-type', 'text/html; charset=utf-8')
res.write(str)
res.write('<section id="s1"></section><section id="s2"></section>')
})
然后將返回的數(shù)據(jù)用 JavaScript 寫入
getData.d1(function (err, s1data) {
res.write('<script>$("#s1").html("' + temp.s1(s1data).replace(/"/g, '\\"') + '")</script>')
--n || res.end()
})
s2 的處理與此類似。這時你會看到，請求網(wǎng)頁的第二秒，出現(xiàn)兩個空白虛線框，第五秒，出現(xiàn) Partial 2 部分，第八秒，出現(xiàn) Partial 1 部分，網(wǎng)頁請求完成。
至此，我們就完成了一個最簡單的 BigPipe 技術(shù)實現(xiàn)的網(wǎng)頁。
需要注意的是，要寫入的網(wǎng)頁片段有 script 標簽的情況，如將 s1.jade 改為：
h1 Partial 1
.content!=content
script
alert("alert from s1.jade")
然后刷新網(wǎng)頁，會發(fā)現(xiàn)這句 alert 沒有執(zhí)行，而且網(wǎng)頁會有錯誤。查看源代碼，知道是因為 <script> 里面的字符串出現(xiàn) </script> 而導(dǎo)致的錯誤，只要將其替換為 <\/script> 即可
res.write('<script>$("#s1").html("' + temp.s1(s1data).replace(/"/g, '\\"').replace(/<\/script>/g, '<\\/script>') + '")</script>')
以上我們便說明了 BigPipe 的原理和用 node.js 實現(xiàn) BigPipe 的基本方法。而在實際中應(yīng)該怎樣運用呢？下面提供一個簡單的方法，僅供拋磚引玉，代碼如下：
var resProto = require('express/lib/response')
resProto.pipe = function (selector, html, replace) {
this.write('<script>' + '$("' + selector + '").' +
(replace === true ? 'replaceWith' : 'html') +
'("' + html.replace(/"/g, '\\"').replace(/<\/script>/g, '<\\/script>') +
'")</script>')
}
function PipeName (res, name) {
res.pipeCount = res.pipeCount || 0
res.pipeMap = res.pipeMap || {}
if (res.pipeMap[name]) return
res.pipeCount++
res.pipeMap[name] = this.id = ['pipe', Math.random().toString().substring(2), (new Date()).valueOf()].join('_')
this.res = res
this.name = name
}
resProto.pipeName = function (name) {
return new PipeName(this, name)
}
resProto.pipeLayout = function (view, options) {
var res = this
Object.keys(options).forEach(function (key) {
if (options[key] instanceof PipeName) options[key] = '<span id="' + options[key].id + '"></span>'
})
res.render(view, options, function (err, str) {
if (err) return res.req.next(err)
res.setHeader('content-type', 'text/html; charset=utf-8')
res.write(str)
if (!res.pipeCount) res.end()
})
}
resProto.pipePartial = function (name, view, options) {
var res = this
res.render(view, options, function (err, str) {
if (err) return res.req.next(err)
res.pipe('#'+res.pipeMap[name], str, true)
--res.pipeCount || res.end()
})
}
app.get('/', function (req, res) {
res.pipeLayout('layout', {
s1: res.pipeName('s1name')
, s2: res.pipeName('s2name')
})
getData.d1(function (err, s1data) {
res.pipePartial('s1name', 's1', s1data)
})
getData.d2(function (err, s2data) {
res.pipePartial('s2name', 's2', s2data)
})
})
還要在 layout.jade 把兩個 section 添加回來：
section#s1!=s1
section#s2!=s2
這里的思路是，需要 pipe 的內(nèi)容先用一個 span 標簽占位，異步獲取數(shù)據(jù)并渲染完成相應(yīng)的 HTML 代碼后再輸出給瀏覽器，用 jQuery 的 replaceWith 方法把占位的 span 元素替換掉。
本文的代碼在 https://github.com/undozen/bigpipe-on-node ，我把每一步做成一個 commit 了，希望你 clone 到本地實際運行并 hack 一下看看。因為后面幾步涉及到加載順序了，確實要自己打開瀏覽器才能體驗到而無法從截圖上看到（其實應(yīng)該可以用 gif 動畫實現(xiàn)，但是我懶得做了）。
關(guān)于 BigPipe 的實踐還有很大的優(yōu)化空間，比如說，要 pipe 的內(nèi)容最好設(shè)置一個觸發(fā)的時間值，如果異步調(diào)用的數(shù)據(jù)很快返回，就不需要用 BigPipe，直接生成網(wǎng)頁送出即可，可以等到數(shù)據(jù)請求超過一定時間才用 BigPipe。使用 BigPipe 相比 ajax 既節(jié)省了瀏覽器到 node.js 服務(wù)器的請求數(shù)，又節(jié)省了 node.js 服務(wù)器到數(shù)據(jù)源的請求數(shù)。不過具體的優(yōu)化和實踐方法，等到雪球網(wǎng)用上 BigPipe 以后再分享吧。
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