Node.js 服务性能翻倍的秘密（一）_JavaScript

Node.js 服务性能翻倍的秘密（一）

前言

用过 Node.js 开发过的同学肯定都上手过 koa，因为他简单优雅的写法，再加上丰富的社区生态，而且现存的许多 Node.js 框架都是基于 koa 进行二次封装的。但是说到性能，就不得不提到一个知名框架：fastify ，听名字就知道它的特性就是快，官方给出的Benchmarks甚至比 Node.js 原生的 http.Server 还要快。

Benchmarks

性能提升的关键

我们先看看 fastify 是如何启动一个服务的。

# 安装 fastify

npm i -S fastify@3.9.1

// 创建服务实例

const fastify = require('fastify')()

app.get('/', {

  schema: {

    response: {

      // key 为响应状态码

      '200': {

        type: 'object',

        properties: {

          hello: { type: 'string' }

        }

      }

    }

  }

}, async () => {

  return { hello: 'world' }

})

// 启动服务

;(async () => {

  try {

    const port = 3001 // 监听端口

    await app.listen(port)

    console.info(`server listening on ${port}`)

  } catch (err) {

    console.error(err)

    process.exit(1)

  }

})()

从上面代码可以看出，fastify 对请求的响应体定义了一个 schema，fastify 除了可以定义响应体的 schema，还支持对如下数据定义 schema：

body：当为 POST 或 PUT 方法时，校验请求主体;

query：校验 url 的查询参数;

params：校验 url 参数;

response：过滤并生成用于响应体的 schema。

app.post('/user/:id', {

  schema: {

    params: {

      type: 'object',

      properties: {

       id: { type: 'number' }

      }

    },

    response: {

      // 2xx 表示 200~299 的状态都适用此 schema

      '2xx': {

        type: 'object',

        properties: {

          id: { type: 'number' },

          name: { type: 'string' }

        }

      }

    }

  }

}, async (req) => {

  const id = req.params.id

  const userInfo = await User.findById(id)

  // Content-Type 默认为 application/json

  return userInfo

})

让 fastify 性能提升的的秘诀在于，其返回 application/json 类型数据的时候，并没有使用原生的 JSON.stringify，而是自己内部重新实现了一套 JSON 序列化的方法，这个 schema 就是 JSON 序列化性能翻倍的关键。

如何对 JSON 序列化

在探索 fastify 如何对 JSON 数据序列化之前，我们先看看 JSON.stringify 需要经过多么繁琐的步骤，这里我们参考 Douglas Crockford (JSON 格式的创建者)开源的 JSON-js 中实现的 stringify 方法。

“JSON-js：https://github.com/douglascrockford/JSON-js/blob/master/json2.js

// 只展示 JSON.stringify 核心代码，其他代码有所省略

if (typeof JSON !== "object") {

  JSON = {};

}

JSON.stringify = function (value) {

  return str("", {"": value})

}

function str(key, holder) {

  var value = holder[key];

  switch(typeof value) {

    case "string":

      return quote(value);

    case "number":

      return (isFinite(value)) ? String(value) : "null";

    case "boolean":

    case "null":

      return String(value);

    case "object":

      if (!value) {

        return "null";

      }

      partial = [];

      if (Object.prototype.toString.apply(value) === "[object Array]") {

        // 处理数组

        length = value.length;

        for (i = 0; i < length; i += 1) {

          // 每个元素都需要单独处理

          partial[i] = str(i, value) || "null";

        }

        // 将 partial 转成 ”[...]“

        v = partial.length === 0

          ? "[]"

          : "[" + partial.join(",") + "]";

        return v;

      } else {

        // 处理对象

        for (k in value) {

          if (Object.prototype.hasOwnProperty.call(value, k)) {

            v = str(k, value);

            if (v) {

              partial.push(quote(k) + ":" + v);

            }

          }

        }

        // 将 partial 转成 "{...}"

        v = partial.length === 0

          ? "{}"

         : "{" + partial.join(",") + "}";

        return v;

      }

  }

}

从上面的代码可以看出，进行 JSON 对象序列化时，需要遍历所有的数组与对象，逐一进行类型的判断，并对所有的 key 加上 ""，而且这里还不包括一些特殊字符的 encode 操作。但是，如果有了 schema 之后，这些情况会变得简单很多。fastify 官方将 JSON 的序列化单独成了一个仓库：fast-json-stringify，后期还引入了 ajv 来进行校验，这里为了更容易看懂代码，选择看比较早期的版本：0.1.0，逻辑比较简单，便于理解。

“fast-json-stringify@0.1.0：https://github.com/fastify/fast-json-stringify/blob/v0.1.0/index.js

function $Null (i) {

  return 'null'

}

function $Number (i) {

  var num = Number(i)

  if (isNaN(num)) {

    return 'null'

  } else {

    return String(num)

  }

}

function $String (i) {

  return '"' + i + '"'

}

function buildObject (schema, code, name) {

  // 序列化对象 ...

}

function buildArray (schema, code, name) {

  // 序列化数组 ...

}

function build (schema) {

  var code = `

    'use strict'

    ${$String.toString()}

    ${$Number.toString()}

    ${$Null.toString()}

  `

  var main

  code = buildObject(schema, code, '$main')

  code += `

    ;

    return $main

  `

  return (new Function(code))()

}

module.exports = build

fast-json-stringify 对外暴露一个 build 方法，该方法接受一个 schema，返回一个函数($main)，用于将 schema 对应的对象进行序列化，具体使用方式如下：

const build = require('fast-json-stringify')

const stringify = build({

  type: 'object',

  properties: {

    id: { type: 'number' },

    name: { type: 'string' }

  }

})

console.log(stringify)

const objString = stringify({

  id: 1, name: 'shenfq'

})

console.log(objString) // {"id":1,"name":"shenfq"}

经过 build 构造后，返回的序列化方法如下：

function $String (i) {

  return '"' + i + '"'

}

function $Number (i) {

  var num = Number(i)

  if (isNaN(num)) {

    return 'null'

  } else {

    return String(num)

  }

}

function $Null (i) {

  return 'null'

}

// 序列化方法

function $main (obj) {

  var json = '{'

  json += '"id":'

  json += $Number(obj.id)

  json += ','

  json += '"name":'

  json += $String(obj.name)

  json += '}'

  return json

}

可以看到，有 schema 做支撑，序列化的逻辑瞬间变得无比简单，最后得到的 JSON 字符串只保留需要的属性，简洁高效。我们回过头再看看 buildObject 是如何生成 $main 内的代码的：

function buildObject (schema, code, name) {

  // 构造一个函数

  code += `

    function ${name} (obj) {

      var json = '{'

  `

  var laterCode = ''

  // 遍历 schema 的属性

  const { properties } = schema

  Object.keys(properties).forEach((key, i, a) => {

    // key 需要加上双引号

    code += `

      json += '${$String(key)}:'

    `

    // 通过 nested 转化 value

    const value = properties[key]

    const result = nested(laterCode, name, `.${key}`, value)

    code += result.code

    laterCode = result.laterCode

    if (i < a.length - 1) {

      code += 'json += \',\''

    }

  })

  code += `

      json += '}'

      return json

    }

  `

  code += laterCode

  return code

}

function nested (laterCode, name, key, schema) {

  var code = ''

  var funcName

  // 判断 value 的类型，不同类型进行不同的处理

  const type = schema.type

  switch (type) {

    case 'null':

      code += `

      json += $Null()

      `

      break

    case 'string':

      code += `

      json += $String(obj${key})

      `

      break

    case 'number':

    case 'integer':

      code += `

      json += $Number(obj${key})

      `

      break

    case 'object':

      // 如果 value 为一个对象，需要一个新的方法进行构造

      funcName = (name + key).replace(/[-.\[\]]/g, '')

      laterCode = buildObject(schema, laterCode, funcName)

      code += `

        json += ${funcName}(obj${key})

      `

      break

    case 'array':

      funcName = (name + key).replace(/[-.\[\]]/g, '')

      laterCode = buildArray(schema, laterCode, funcName)

      code += `

        json += ${funcName}(obj${key})

      `

      break

    default:

      throw new Error(`${type} unsupported`)

  }

  return {

    code,

    laterCode

  }

}

其实就是对 type 为 "object" 的 properties 进行一次遍历，然后针对 value 不同的类型进行二次处理，如果碰到新的对象，会构造一个新的函数进行处理。

// 如果包含子对象

const stringify = build({

  type: 'object',

  properties: {

    id: { type: 'number' },

    info: {

      type: 'object',

      properties: {

        age: { type: 'number' },

        name: { type: 'string' },

      }

    }

  }

})

console.log(stringify.toString())

function $main (obj) {

  var json = '{'

  json += '"id":'

  json += $Number(obj.id)

  json += ','

  json += '"info":'

  json += $maininfo(obj.info)

  json += '}'

  return json

}

// 子对象会通过另一个函数处理

function $maininfo (obj) {

  var json = '{'

  json += '"age":'

  json += $Number(obj.age)

  json += ','

  json += '"name":'

  json += $String(obj.name)

  json += '}'

  return json

}