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教你編寫Node.js中間件，實(shí)現(xiàn)服務(wù)端緩存

Express 作為 Node.js 的框架，如今發(fā)展可謂如日中天。我很喜歡其靈活、易擴(kuò)展的設(shè)計(jì)理念。尤其是該框架的中間件架構(gòu)設(shè)計(jì)：使得在應(yīng)用中加入新特性更加標(biāo)準(zhǔn)化、成本最小化。這篇文章，我會(huì)嘗試編寫一個(gè)非常簡(jiǎn)單、小巧的中間件，完成服務(wù)端緩存功能，進(jìn)而優(yōu)化性能。

成都創(chuàng)新互聯(lián)公司專注于企業(yè)成都全網(wǎng)營(yíng)銷推廣、網(wǎng)站重做改版、公安網(wǎng)站定制設(shè)計(jì)、自適應(yīng)品牌網(wǎng)站建設(shè)、H5建站、商城網(wǎng)站建設(shè)、集團(tuán)公司官網(wǎng)建設(shè)、成都外貿(mào)網(wǎng)站制作、高端網(wǎng)站制作、響應(yīng)式網(wǎng)頁設(shè)計(jì)等建站業(yè)務(wù)，價(jià)格優(yōu)惠性價(jià)比高，為公安等各大城市提供網(wǎng)站開發(fā)制作服務(wù)。

關(guān)于中間件

說到中間件，Express 官網(wǎng)對(duì)它的闡述是這樣的：

“Express 是一個(gè)自身功能極簡(jiǎn)，完全是路由和中間件構(gòu)成一個(gè)web開發(fā)框架：從本質(zhì)上來說，一個(gè) Express 應(yīng)用就是在調(diào)用各種中間件?！?/p>

也許你使用過各種各樣的中間件進(jìn)行開發(fā)，但是可能并不理解中間件原理，也沒有深入過 Express 源碼，探究其實(shí)現(xiàn)。這里并不打算長(zhǎng)篇大論幫您分析，但是使用層面上大致可以參考下圖：

建議有興趣、想深入的讀者自己分析，有任何問題歡迎與我討論。即便您不打算深入，也不會(huì)影響對(duì)下文中間件編寫的理解。

關(guān)于服務(wù)端緩存

緩存已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，來提高頁面性能。一說到緩存，可能讀者腦海里馬上冒出來：“客戶端緩存，CDN 緩存，服務(wù)器端緩存......”。另一維度上，也會(huì)想到：“200(from cache)，expire，eTag......”等概念。

當(dāng)然作為前端開發(fā)者，我們一定要明白這些緩存概念，這些緩存理念是相對(duì)于某個(gè)具體用戶訪問來說的，性能優(yōu)化體現(xiàn)在單個(gè)用戶上。比如說，我***次打開頁面 A，耗時(shí)超長(zhǎng)，下一次打開頁面由于緩存的作用，時(shí)間縮短了。

但是在服務(wù)器端，還存在另外一個(gè)維度，思考一下這樣的場(chǎng)景：

我們有一個(gè)靜態(tài)頁面 B，這個(gè)頁面服務(wù)端需要從數(shù)據(jù)庫獲取部分?jǐn)?shù)據(jù) b1，根據(jù) b1 又要計(jì)算得到部分?jǐn)?shù)據(jù) b2，還得做各種高復(fù)雜度操作，最終才能“東拼西湊”出需要返回的完整頁面 B，整個(gè)過程耗時(shí)2s。

那么面臨的災(zāi)難就是，user1 打開頁面耗時(shí)2s，user2同樣打開頁面耗時(shí)2s......而這些頁面都是靜態(tài)頁面 B，內(nèi)容是完全一樣的。為了解決這個(gè)災(zāi)難，這時(shí)候我們也需要緩存，這種緩存就叫先做服務(wù)端緩存(server-side cache)。

總結(jié)一下，服務(wù)端緩存的目的其實(shí)就是對(duì)于同一個(gè)頁面請(qǐng)求，而返回(緩存的)同樣的頁面內(nèi)容。這個(gè)過程完全獨(dú)立于不同的用戶。

上面的話有些拗口，可以參考英文表達(dá)更清晰：

The goal of server side cache is responding to the same content for the same request independently of the client’s request.

因此，下面展示的 demo 在***次請(qǐng)求到達(dá)時(shí)，服務(wù)端耗費(fèi)5秒來返回 HTML;而接下來再次請(qǐng)求該頁面，將會(huì)***緩存，不過是哪個(gè)用戶訪問，只需要幾毫秒便可得到完整頁面。

Show me the code & Demo

其實(shí)上文提到的緩存概念非常簡(jiǎn)單，稍微有些后端經(jīng)驗(yàn)的同學(xué)都能很好理解。但是這篇文章除去科普基本概念外，更重要的就是介紹 Express 中間件思想，并自己來實(shí)現(xiàn)一個(gè)服務(wù)端緩存中間件。

讓我們開工吧!

最終 Demo 代碼，歡迎訪問它的Github地址。

我將會(huì)使用 npm 上 memory-cache 這個(gè)包，以方便進(jìn)行緩存的讀寫。最終的中間件代碼很簡(jiǎn)單：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. 'use strict' 
    2. 
  
  
  
  
  2.  
    3. 
  
  
  
  
  3. var mcache = require('memory-cache'); 
    4. 
  
  
  
  
  4.  
    5. 
  
  
  
  
  5. var cache = (duration) => { 
    6. 
  
  
  
  
  6.   return (req, res, next) => { 
    7. 
  
  
  
  
  7.     let key = '__express__' + req.originalUrl || req.url 
    8. 
  
  
  
  
  8.     let cachedBody = mcache.get(key) 
    9. 
  
  
  
  
  9.     if (cachedBody) { 
    10. 
  
  
  
  
  10.       res.send(cachedBody) 
    11. 
  
  
  
  
  11.       return 
    12. 
  
  
  
  
  12.     } else { 
    13. 
  
  
  
  
  13.       res.sendResponse = res.send 
    14. 
  
  
  
  
  14.       res.send = (body) => { 
    15. 
  
  
  
  
  15.         mcache.put(key, body, duration * 1000); 
    16. 
  
  
  
  
  16.         res.sendResponse(body) 
    17. 
  
  
  
  
  17.       } 
    18. 
  
  
  
  
  18.       next() 
    19. 
  
  
  
  
  19.     } 
    20. 
  
  
  
  
  20.   } 
    21. 
  
  
  
  
  21. }  
    22.

為了簡(jiǎn)單，我使用了請(qǐng)求 URL 作為 cache 的 key：

  • 當(dāng)它(cache key)及其對(duì)應(yīng)的 value 值存在時(shí)，便直接返回其 value 值;
  • 當(dāng)它(cache key)及其對(duì)應(yīng)的 value 值不存在時(shí)，我們將對(duì) Express send 方法做一層攔截：在最終返回前，存入這對(duì) key-value。

緩存的有效時(shí)間是10秒。

最終在判斷之外，我們的中間件把控制權(quán)交給下一個(gè)中間件。

最終使用和測(cè)試如下代碼：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. app.get('/', cache(10), (req, res) => { 
    2. 
  
  
  
  
  2.   setTimeout(() => { 
    3. 
  
  
  
  
  3.     res.render('index', { title: 'Hey', message: 'Hello there', date: new Date()}) 
    4. 
  
  
  
  
  4.   }, 5000) //setTimeout was used to simulate a slow processing request 
    5. 
  
  
  
  
  5. })  
    6.

我使用了 setTimeout 來模擬一個(gè)超長(zhǎng)(5s)的操作。

打開瀏覽器控制面板，發(fā)現(xiàn)在10秒緩存到期以內(nèi)：

至于為什么 cache 中間件要那樣子寫、next() 為什么是中間件把控制權(quán)傳遞，我并不打算展開去講。有興趣的讀者可以看一下 Express 源碼。

還有幾個(gè)小問題

仔細(xì)看我們的頁面，再去體會(huì)一下實(shí)現(xiàn)代碼。也許細(xì)心的讀者能發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題：剛才的實(shí)現(xiàn)我們緩存了整個(gè)頁面，并將 date: new Date() 傳入了 jade 模版 index.jade 里。那么，在***緩存的條件下，10秒內(nèi)，頁面無法動(dòng)態(tài)刷新來同步，直到10秒緩存到期。

同時(shí)，我們什么時(shí)候可以使用上述中間件，進(jìn)行服務(wù)端緩存呢?當(dāng)然是靜態(tài)內(nèi)容才可以使用。同時(shí)，PUT, DELETE 和 POST 操作都不應(yīng)該進(jìn)行類似的緩存處理。

同樣，我們使用了 npm 模塊：memory-cache，它存在優(yōu)缺點(diǎn)如下：

  • 讀寫迅速而簡(jiǎn)單，不需要其他依賴;
  • 當(dāng)服務(wù)器或者這個(gè)進(jìn)程掛掉的時(shí)候，緩存中的內(nèi)容將會(huì)全部丟失。
  • memcache 是將緩存內(nèi)容存放在了自己進(jìn)程的內(nèi)存中，所以這部分內(nèi)容是無法在多個(gè) Node.js 進(jìn)程之間共享的。

如果這些弊端 really matter，在實(shí)際開發(fā)中我們可以選擇分布式的 cache 服務(wù)，比如 Redis。同樣你可以在 npm 上找到：express-redis-cache 模塊使用。

總結(jié)

在真實(shí)的開發(fā)場(chǎng)景中，服務(wù)端緩存已經(jīng)成為 common sense，但是在 Node.js 的世界里，體會(huì)其中間件思想，自己手動(dòng)編寫服務(wù)，同樣樂趣無窮。

與實(shí)踐相結(jié)合，我認(rèn)為真正緩存整個(gè)頁面(如同 demo 那樣)并不是一個(gè)推薦的做法(當(dāng)時(shí)實(shí)際場(chǎng)景實(shí)際分析)，同樣使用請(qǐng)求 url 作為緩存的 key 也有待考慮。比如，頁面中的一些靜態(tài)內(nèi)容可能會(huì)在其他頁面中重復(fù)使用到，復(fù)用就成了問題。 


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