【文章內(nèi)容簡介】 用異步式 I/O 與事件驅(qū)動的架構(gòu)設計。傳統(tǒng)架構(gòu)對于高并發(fā)的解決方案是采用多線程模型，也就是一個系統(tǒng)線程處理一個業(yè)務邏輯，通過系統(tǒng)線 程切方式彌補同步式 I/O 的時間開銷。 采用的是單線程模型通過異步式的請求方式處理 I/O 調(diào)用，減少了切換上下文次數(shù)所造成的開銷。 運行的過程中將管理一個事件堆棧，不斷地循環(huán)執(zhí)行事件然后等待下一個事件的觸發(fā)。異步式 I/O 請求完成后將被推送到事件隊列，等待主進程進行處理。基于事件的異步處理機制的 對于所有的網(wǎng)絡通信、磁盤讀寫、數(shù)據(jù)庫操作等都以異步請求的方式實現(xiàn)，最后將執(zhí)行得到的結(jié)果交給事件循環(huán)進行處理。 下圖 描述了這個機制。 圖 進程在進行事件處理時具有時間的唯一性，它不會同時處理多個事件請求，在處理完一個事件后就進程就進入下一個事件循環(huán)，檢查并繼續(xù)處理后面的 第 3 頁 共 62 頁 事件。這樣做優(yōu)點在于能夠集中 CPU 和內(nèi)存資源快速處理某個事件，并且盡量讓耗費資源的 I/O 操作并行執(zhí)行。在應對惡意訪問方面， 對于低速的 DOS 攻擊， 只增加事件堆棧中的請求請求樹立，而不會馬上給出請求應答，這樣有效的減少了線程資源的開銷，很大程度上提高了 Web 應用的健壯性和安全性。 由于 采用事件驅(qū)動與異步式 I/O 代替多線程，較大幅度的提升性能。此外 除了使用 Google 的 Chrome V8 作為 JavaScript 引擎，它還使用了高效的 libeio 和庫 libev 支持事件驅(qū)動和異步式 I/O。 架構(gòu)的示意圖如下 圖 12 設計 的開發(fā)者從 libev 和 libeio 庫中進一步封裝出來出 libuv 層。在 Windows 下， libuv 使用了 Windows 的 IOCP（ Input/Output Completion Port，輸入輸出完成端口）機制，實現(xiàn)高性能，而對于 Linux、 UNIX,Mac OS X 等操作系統(tǒng)， 的 libuv 庫通過使用 libeio 和 libev 的封裝來利用 kqueue 或 epoll。 以上簡單介紹了 。那么為網(wǎng)絡而生的 能夠做一下事情。 (1)大規(guī)模的社交網(wǎng)絡 Web 應用，如微博， FaceBook 等。 (2)具有復雜邏輯的網(wǎng)站；如一般的 MIS系統(tǒng)。 (3)Web Socket 服務器；如游戲引擎。 (6)TCP/UDP 套接字應用程序，即時通信 系統(tǒng)； 第 4 頁 共 62 頁 (7)客戶端 JavaScript 編譯器。 由于 具有以上優(yōu)點，所以對于 web 應用來說 是優(yōu)秀的開發(fā)平臺。 平臺的非擅長領(lǐng)域 一個優(yōu)秀的平臺能夠吸引大量開發(fā)者的關(guān)注。 有許多傳統(tǒng)架構(gòu)不具備的優(yōu)點，以至于開發(fā)者愿意用 來做應用開發(fā)。但是 與其他任何平臺一樣，都存在優(yōu)點和缺點，如果非要使用它的缺點來完成業(yè)務需求，那么同樣會遇到困難和僵局。盡管它是高性能的，新穎的，但也不得不寫出難以理解的邏輯代碼。與大多數(shù)新語言平臺本質(zhì) 一樣， 也是舊瓶裝新酒。只不過概念比較新潮 ,它不能完成所有的業(yè)務邏輯，或者說它不是萬能的。前一節(jié)提到 的平臺優(yōu)點，本節(jié)則簡要介紹下 的短板所在。 （ 1）多任務的單用戶應用 前面介紹的都是服務器端編程，設計時的情況是用戶數(shù)量很多。但如果面對的是單用戶，譬如本地的命令行工具或者圖形界面，那么就不存在所謂的大量并發(fā)請求。于是另一個問題出現(xiàn)了，盡管是單用戶，卻不一定是執(zhí)行單任務。例如在給用戶提供界面的時候后臺需要進行某個計算，為了使用戶界面不出現(xiàn)阻塞狀態(tài)，不得不開啟多線程或多 進程。而到目前為止 的線程或進程之間的通信還不方便，因為它根本沒有資源鎖，所以號稱不會 死鎖。多進程的 往往是在執(zhí)行同一任務，通過多進程利用多處理器的資源，但遇到多進程相互協(xié)作時， 的短板就出現(xiàn)了。 （ 2）編碼與國際化 不支持完整的 UTF8 字符編碼，很多字符無法用 string 表示。實際上來說這不是 本身造成的，問題而是出在 JavaScript 標準上。目前JavaScript 支持的是雙字節(jié)的 UCS2 字符集，即兩個字節(jié)來表示一個 Unicode 字符，這樣能表示出來的字符數(shù)是 65536。明顯，漢字就不止這個數(shù)目。因此無法表示某些生僻漢字，以及一些較為罕見語言的文字。這是設計的問題，源于當時設計者的主觀判斷。最初的 Unicode 設計者認為 65536 個字符足以表示全世界所有的文字，因 第 5 頁 共 62 頁 此那個時候兼容 Unicode 的系統(tǒng)或平臺，如 Windows、 Java 和 JavaScript 在后來都遇到這個問題。隨后 Unicode 意識到用 2 個字節(jié)表示所有字符是遠遠不夠的，隨后推出了 UCS4 編碼，即用 4 個字節(jié)來表示一個 Unicode 字符。原有的定長編碼的UCS2 系統(tǒng)為了變長的 UTF16 編碼進行了升級處理，所以只有它向下兼容 UCS2。UTF16 編碼采用定長的雙字節(jié)編碼處理 UCS2 以內(nèi)的字符，對于以外的部分則使用多字節(jié)的變長編碼。這樣在通常情況下它的編碼是定長的，有利于提高運算效率并且且兼容了 UCS2 編碼，缺點是它本質(zhì)還是變長編碼，在應用程序中處理起來還是存在不便之處。 JavaScript 當下支持的仍是定長的 UCS2 編碼 而不是 UTF16，因此對于處理使用 UCS4 進行編碼 的字符無能為力。這個缺陷存在于現(xiàn)有的所有 JavaScript 引擎。包括 Chrome的 V8 引擎在內(nèi)。因此你無法處理罕見的字符的時候，想用 實現(xiàn)一個多語言的字典工具是不可能做到的，除非放棄使用 javascript 原有的 string 數(shù)據(jù)類型，將所有的字符當作二進制的 Buffer 數(shù)據(jù)來處理。 （ 3）復雜邏輯的事務 的控制流是非線性的，它由一個個事件響應組成，但人的思維卻是線性的，當試圖轉(zhuǎn)換思維來適應語言或編譯器時，就得付出性能或者編碼方面的代價。舉個例子，如要實現(xiàn)以下邏輯：從銀行取錢，用錢去購買一個虛擬商品，買完以后加入庫存數(shù)據(jù)庫，這中間的任何一步都 會涉及數(shù)十次甚至更多的的 I/O 操作，而且任何一次操作失敗以后都需要進行回滾操作。這個過程是復雜的線性的，假如拆分為非線性的邏輯，那么其復雜程度將提升幾個數(shù)量級。 更善于處理那些邏輯簡單但訪問頻繁的任務，而不適合完成邏輯十分復雜的工作。 （ 4）需要大量計算的程序 （在 版本以前）不支持多線程。 的設計者和追隨其的開發(fā)者堅信單線程和事件驅(qū)動的異步式編程比傳統(tǒng)的多線程編程運行效率更高。但實際上多線程通過較大的開銷也能達到同樣的吞吐量，而且不必為多核環(huán)境進行特殊的配置。對 比而言， 其單線程性的特性，如果需要充分利用多核資源則需要使用多進程的方法才能達到 理想情況下的單線程執(zhí)行過程會將 100%利用 CPU 核心資源，所有請求須等待當前請求處理完畢后才進入事件循環(huán)才能響應。如果應用是需要進行大量的 第 6 頁 共 62 頁 計算除非人為地分開計算，否則將會有相當大的請求響應延遲。不過在實際使用中的 Web 服務器中，很少需要大量計算的部分很少，即使存在，那么不應該被實現(xiàn)為即時的響應。一般的處理辦法是后臺處理完成后給前臺客戶端異同處理完成的通知。 開發(fā)框架的原因 剛推廣不久，國內(nèi)還缺少使用 做應用開發(fā)的框架。 只提供底層的 接口。缺少豐富的上層應用接口。直接使用底層接口做開發(fā)需要分析大量的 協(xié)議內(nèi)容。對于開發(fā)效率有著嚴重的制約?；诖它c，本論文開發(fā)設計一個簡單小型的 MVC 框架，簡化 的使用難度的同時提高開發(fā)效率。 目前 web 應用中，普遍使用了 MVC 模式（即 ModelViewController,模型，視圖，控制器）。如基于 JAVA EE 的 Struts2 + Spring3 + jsp MVC 模式等 。借鑒 這些其他平臺上現(xiàn)有的框架結(jié)構(gòu)和功能，設計開發(fā) FastJsonWeb 框架。本框架將封裝 的底層接口，對請求數(shù)據(jù)等提供統(tǒng)一簡潔的方式，從而較大幅度的提升開發(fā)效率?；趯Σ煌脚_現(xiàn)有框架分析提取出本框架的功能點。這些功能點包括 路由轉(zhuǎn)發(fā)與映射，屬性注入， Cookie 實現(xiàn)， Sesison 實現(xiàn)等。 小型的 MVC 框架意味著該框架應具有易用性和高效性，能夠很大程度上滿足大多數(shù)業(yè)務的邏輯。在現(xiàn)有的已存在的 Node 的 MVC 框架中，如 Express,已經(jīng)能夠滿足大多數(shù)業(yè)務邏輯 ，但是因為是 國外開發(fā)，其文檔資料大多數(shù)是英文編寫，需要高昂的學習成本，而且大多數(shù)功能對于一般的應用是冗余的，加之配置復雜，遇到問題無法得到有效快速的解決途徑，貿(mào)然采用存在大的風險。而自己開發(fā)，雖然時間周期長但因為其可重用性，還是具有較高的價值。由于平臺的新穎性，多數(shù) API 還處在變化之中，因此設計開發(fā)該框架主要存在以下一些問題。 (1) 還處于高速發(fā)展階段， API 不穩(wěn)定，處在不斷更新變化中，如果采用某個固定版本，則可能存在 bug 或者無法使用新特性。如果跟隨版本變化則框架的穩(wěn)定性無法保證。 第 7 頁 共 62 頁 (2)。主要表現(xiàn)在兩個方面 ,一是新平臺國內(nèi)研究使用的人暫時不多，遇到問題無法立馬得到咨詢有效的解決 。二是缺乏中文資料，有關(guān)資料只能去 的官方文檔查詢而且是英文。問題的交流只能在 Stack Overflow 等國外論壇但是是英文環(huán)境，交流存在一定的困難。 (3) 對于 Window 平臺支持不是好，一些常用工具無法安裝。缺乏良好的桌面開發(fā)環(huán)境，對于類 Unix 系統(tǒng)的使用，如 Linux 的發(fā)行版 Ubuntu 有生疏性，無法得心應手。 (4)缺乏有效的開發(fā)工具。如今不管哪個系統(tǒng)平臺下， javascript 開發(fā) IDE 都很少，或者難以使用，缺乏有效的調(diào)試工具，編碼效率得不到提高。 （ 5）由于 基于事件驅(qū)動和異步 I/O,對于業(yè)務邏輯的處理往往不同于一般線性編程，難以打破線性編程的思維僵局。 （ 6） 封裝性非常低，對于一些常用操作，如 Cookie,Seesion 等都需要根據(jù) Http 頭信息重新實現(xiàn)，難度較大。 （ 7）目前沒有任何一個官方文檔規(guī)定 的代碼風格，為了保持框架代碼的可讀性和可維護性，需要定制某一標準，方便今后的維護。 以上七點主要是分析了 平臺存在 的不足和一些設計實現(xiàn)的困難之處。 該章簡單的介紹了 平臺架構(gòu)，使用 的局限性和其優(yōu)點以及框架進行設計與開發(fā)存在的難點。 第 8 頁 共 62 頁 第二章 開發(fā)工具及技術(shù)綜述 本章主要是介紹框架設計與實現(xiàn)過程中主要使用到的設計工具、開發(fā)工具、開發(fā)平臺以及 javascript 的一些高級語言特性。工具有 vim 和 git，平臺主要是 github與 Ubuntu。除此以外，還將介紹在 Ubutun 下如何搭建 開發(fā)平臺。 文本編輯器 Vim 簡介 Vim 是從 vi 發(fā)展出來的一個文本編輯器。具有代碼補全、終端編譯及錯誤跳轉(zhuǎn)等提供編程效率的功能。 Vim 在程序員中被廣泛使用，與 Emacs 并列成為類 Unix 系統(tǒng)用戶最受歡迎的編輯器。 設計理念 vim 的設計理念是組合。包括命令組合和模式間的組合。命令組合 : Vim 強大的編輯能力中很大部分是來自于其普通模式命令。 vim 的設計理念是命令的組合。例如普通模式命令 dd刪除當前行， dj代表刪除下一行 ,因為是第一個 d含義是刪除 ,j鍵代表移動到下一行 ,組合后 dj刪除當前行和下一行。類似的命令 組合非常豐富，只要擁有足夠的創(chuàng)造力就可以靈活的組合各種命令進行使用，這樣就能更加高效的進行文本編輯。 vim 針對程序語言代碼編寫者。寫代碼的時候手需要時刻保持在鍵盤上 ,隨機定位代碼、隨機刪除代碼、移動代碼、插入代碼的操作大大多于閱讀、翻頁操作，中間卡頓一下效率就大大降低了 。但對普通用戶而言 ,順序?qū)?、設置字體格式、翻頁讀多于隨機寫刪除操作 , 且每個動作之間本身就有很多的停頓 ,用其他 UI 編輯器(word,notePad++等 )效率反而比 VIM 高效 ,使用 vim 進行操作只會徒增代碼編寫的難度。 主要功能： 第 9 頁 共 62 頁 全兼容 vi ，分成多個編輯視圖 6. 文本編輯歷史記憶功能 三種編輯模式 Vim 編輯器具有三種模式，分別是常規(guī)模式，插入模式，命令模式，如下圖 所示 圖 Vim 三種模式的相互轉(zhuǎn)換如下： 常規(guī)模式進入命令模式： 在常規(guī)模式下輸入“ :” . 常規(guī)模式進入插入模式： a 光標后插入文本 A 當前行插入文本 i 光標前插入文本 I 當前行 前插入文本 o 當前行的下邊插入新行 O當前行的上邊插入新行 第 10 頁 共 62 頁 s 刪除光標所在處字符，并進入插入模式 S 刪除光標所在的行，并進入插入模式 插入模式進入常規(guī)模式：按下 ESC 鍵即可。其中插入模式和命令模式之間無法直接轉(zhuǎn)