深入浅出 Node.js（八）：Connect 模块解析（之二）静态文件中间件

上一篇专栏简单介绍了Connect 模块的基本架构，它的执行模型十分简单，中间件机制也使得它十分易于扩展，具备良好的可伸缩性。在Connect 的良好机制下，我们本章开始将逐步解开Connect 生态圈中中间件部分，这部分给予Connect 良好的功能扩展。

静态文件中间件

也许你还记得我曾经写过的 Node.js 静态文件服务器实战，那篇文章中我叙述了如何利用 Node.js 实现一个静态文件服务器的许多技术细节，包括路由实现，MIME，缓存控制，传输压缩，安全、欢迎页、断点续传等。但是这里我们不需要去亲自处理细节，Connect的static中间件为我们提供上述所有功能。代码只需寥寥 3 行即可：

 
var connect = require('connect');  
var app = connect(); 
app.use(connect.static(__dirname + '/public')); 

在项目中需要临时搭建静态服务器，也无需安装 apache 之类的服务器，通过 NPM 安装 Connect 之后，三行代码即可解决需求。
这里需要提及的是在使用该模块的一点性能相关的细节。

动静分离

前一章提及，app.use()方法在没有指定路由信息时，相当于app.use("/", middleware)。这意味着静态文件中间件将会在处理所有路径的请求。在动静态请求混杂的场景下，静态中间件会在动态请求时也调用fs.stat来检测文件系统是否存在静态文件。这造成了不必要的系统调用，使得性能降低。
解决影响性能的方法既是动静分离。利用路由检测，避免不必要的系统调用，可以有效降低对动态请求的性能影响。

 
app.use('/public', connect.static(__dirname + '/public'));

在大型的应用中，动静分离通常无需到一个 Node.js 实例中进行，CDN 的方式直接在域名上将请求分离。小型应用中，适当的进行动静分离即可避免不必要的性能损耗。

缓存策略

缓存策略包含客户端和服务端两个部分。
客户端的缓存，主要是利用浏览器对 HTTP 协议响应头中cache-control和expires字段的支持。浏览器在得到明确的相应头后，会将文件缓存在本地，依据cache-control和expires的值进行相应的过期策略。这使得重复访问的过程中，浏览器可以从本地缓存中读取文件，而无需从网络读取文件，提升加载速度，也可以降低对服务器的压力。
默认情况下静态中间件的最大缓存时设置为 0，意味着它在浏览器关闭后就被清除。这显然不是我们所期望的结果。除非是在开发环境可以无视maxAge的设置外，生产环境请务必设置缓存，因为它能有效节省网络带宽。

 
app.use('/public', connect.static(__dirname + '/public', {maxAge: 86400000})); 

maxAge选项的单位为毫秒。YUI3 的 CDN 服务器设置过期时间为 10 年，是一个值得参考的值。
静态文件如果在客户端被缓存，在需要清除缓存的时候，又该如何清除呢？这里的实现方法较多，一种较为推荐的做法是为文件进行 md5 处理。

http://some.url/some.js?md5当文件内容产生改变时，md5 值也将发生改变，浏览器根据 URL 的不同会重新获取静态文件。md5 的方式可以避免不必要的缓存清除，也能精确清除缓存。
由于浏览器本身缓存容量的限制，尽管我们可能设置了 10 年的过期时间，但是也许两天之后就被新的静态文件挤出了本地缓存。这将持续引起静态服务器的响应，也即意味着，客户端缓存并不能完全解决降低服务器压力的问题。
为了解决静态服务器重复读取磁盘造成的压力，这里需要引出第二个相关的中间件：staticCache。

 
app.use(connect.staticCache());  
app.use(“/public”, connect.static(__dirname + '/public', {maxAge: 86400000})); 

这是一个提供上层缓存功能的中间件，能够将磁盘中的文件加载到内存中，以提高响应速度和提高性能。
它的官方测试数据如下：

 
static(): 2700 rps 
node-static: 5300 rps 
static() + staticCache(): 7500 rps 

另一个专门用于静态文件托管的模块叫node-static，其性能是 Connect 静态文件中间件的效率的两倍。但是在缓存中间件的协助下，可以弥补性能损失。
事实上，这个中间件在生产环境下并不推荐被使用，而且它将在 Connect 3.0 版本中被移除。但是它的实现中有值得玩味的地方，这有助于我们认识 Node.js 模型的优缺点。
staticCache中间件有两个主要的选项：maxObjects和maxLength。代表的是能存储多少个文件和单个文件的最大尺寸，其默认值为 128 和 256kb。为何会有这两个选项的设定，原因在于 V8 有内存限制的原因，作为缓存，如果没有良好的过期策略，缓存将会无限增加，直到内存溢出。设置存储数量和单个文件大小后，可以有效抑制缓存区的大小。
事实上，该缓存还存在的缺陷是单机情况下，通常为了有效利用 CPU，Node.js 实例并不只有一个，多个实例进程之间将会存在冗余的缓存占用，这对于内存使用而言是浪费的。
除此之外，V8 的垃圾回收机制是暂停 JavaScript 线程执行，通过扫描的方式决定是否回收对象。如果缓存对象过大，键太多，则扫描的时间会增加，会引起 JavaScript 响应业务逻辑的速度变慢。
但是这个模块并非没有存在的意义，上述提及的缺陷大多都是 V8 内存限制和 Node.js 单线程的原因。解决该问题的方式则变得明了。
**风险转移** 是 Node.js 中常用于解决资源不足问题的方式，尤其是内存方面的问题。将缓存点，从 Node.js 实例进程中转移到第三方成熟的缓存中去即可。这可以保证：

1. 缓存内容不冗余。
2. 集中式缓存，减少不一致性的发生。
3. 缓存的算法更优秀以保持较高的命中率。
4. 让 Node.js 保持轻量，以解决它更擅长的问题。

Connect 推荐服务器端缓存采用varnish这样的成熟缓存代理。而笔者目前的项目则是通过Redis来完成后端缓存的任务。

• https://www.varnish-cache.org/releases
• http://www.senchalabs.org/connect/static.html
• http://www.senchalabs.org/connect/staticCache.html

关于作者

田永强，新浪微博 @朴灵，前端工程师，曾就职于 SAP，现就职于淘宝，花名朴灵，致力于 NodeJS 和 Mobile Web App 方面的研发工作。双修前后端 JavaScript，寄望将 NodeJS 引荐给更多的工程师。兴趣：读万卷书，行万里路。个人 Github 地址： http://github.com/JacksonTian 。

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