本文是我最近对Node.js学习过程中产生的一个想法，提出来和大家一起探讨。

##Node.js的HTTP服务器
使用Node.js可以非常容易的实现一个http服务，最简的例子如官方网站的示例：

var http = require('http');  http.createServer(function (req, res) {      res.writeHead(200, {'Content-Type': 'text/plain'});      res.end('Hello World\n');  }).listen(1337, '127.0.0.1');

这样就快速的搭建了一个监听在1337端口所有http请求的web服务。
但是，在真正的生产环境中，我们一般很少直接使用Node.js作为面向用户的最前端web服务器，原因主要有以下几种：

• 基于Node.js单线程特性的原因，其健壮性的保证对开发人员要求比较高。
• 服务器上可能已有其他http服务已占用80端口，而非80端口的web服务对用户显然不够友好。
• Node.js对文件IO处理并没太大优势，如作为常规网站可能需同时响应图片等文件资源。
• 分布式负载场景也是一个挑战。

所以，使用Node.js作为web服务更多可能是作为游戏服务器接口等类似场景，大多是处理不需用户直接访问且仅作数据交换的服务。

##基于Nginx作为前端机的Node.js web服务
基于上述原因，如果是使用Node.js搭建的网站形的产品，常规的使用方式是在Node.js的web服务前端放置另一个成熟的http服务器，如最常使用的是Nginx。
然后使用Nginx作为反向代理访问基于Node.js的web服务。如：

server{      listen 80;      server_name yekai.me;      root /home/andy/wwwroot/yekai;        location / {          proxy_pass http://127.0.0.1:1337;      }        location ~ \.(gif|jpg|png|swf|ico|css|js)$ {          root /home/andy/wwwroot/yekai/static;      }  }

这样就比较好的解决了上面提出的几个问题。

##使用FastCGI协议通讯

不过，上述代理的方式也有一些不是很好的地方。
一个是有可能的场景是需要控制后面的Node.js的web服务的直接http访问。不过，要解决的话也可以使用自身的服务或者依靠防火墙阻挡。
另外一个是因为代理的方式毕竟是网络应用层上的方案，也不是很方便直接获取和处理与客户端http交互的数据，比如对keep-alive、trunk甚至cookie等的处理。当然这也与代理服务器自身的能力和功能完善程度相关。
所以，我在想尝试另外一种处理方式，首先想到的就是现在在php web应用上普遍使用的FastCGI的方式。

###什么是FastCGI

快速通用网关接口（Fast Common Gateway Interface／FastCGI）是一种让交互程序与Web服务器通信的协议。

FastCGI产生的背景是用来作为cgi web应用的替代方案，一个最明显的特点是一个FastCGI服务进程可以用来处理一连串的请求，web服务器会把环境变量和这个页面请求通过一个socket比如FastCGI进程与web服务器连接起来，连接可用Unix Domain Socket或是一个TCP/IP连接。关于更多的背景知识可以参考Wikipedia的词条。

###Node.js的FastCGI实现
那么理论上我们只需要使用Node.js创建一个FastCGI进程，再指定Nginx的监听请求发送到这个进程就行了。由于Nginx和Node.js都是基于事件驱动的服务模型，“理论”上应该是天作地合的解决方案。下面我们就亲自实现一下。
在Node.js中net模块刚好可用来建立一个socket服务，为了方便我们就选用unix socket的方式。
在Nginx端的配置稍微修改下：

...  location / {      fastcgi_pass   unix:/tmp/node_fcgi.sock;  }  ...

新建一个文件node_fcgi.js，内容如下：

var net = require('net');    var server = net.createServer();  server.listen('/tmp/node_fcgi.sock');    server.on('connection', function(sock){      console.log('connection');        sock.on('data', function(data){          console.log(data);      });  });

然后运行（因为权限的原因，请保证Nginx和node脚本使用同一用户或有相互权限的帐号运行，不然读写sock文件会遇到权限问题）：

node node_fcgi.js

在浏览器访问，我们看到运行node脚本的终端正常的接收到了数据内容，比如这样：

connection
< Buffer 01 01 00 01 00 08 00 00 00 01 00 00 00 00 00 00 01 04 00 01 01 87 01...>

这就证明我们的理论基础已经实现了第一步，接下来只需要搞清楚这个buffer的内容如何解析就行了。

##FastCGI协议基础
FastCGI记录由一个定长前缀后跟可变数量的内容和填充字节组成。记录结构如下：

typedef struct {      unsigned char version;      unsigned char type;      unsigned char requestIdB1;      unsigned char requestIdB0;      unsigned char contentLengthB1;      unsigned char contentLengthB0;      unsigned char paddingLength;      unsigned char reserved;      unsigned char contentData[contentLength];      unsigned char paddingData[paddingLength];  } FCGI_Record;

• version ：FastCGI协议版本，现在默认就用1就好
• type ：记录类型，其实可以当做是不同状态，后面具体说
• requestId ：请求id，返回时需对应，如果不是多路复用并发的情况，这里直接用1就好
• contentLength ：内容长度，这里最大长度是65535
• paddingLength ：填充长度，作用就是长数据填充为满8字节的整数倍，主要是用来更有效地处理保持对齐的数据，主要是性能考虑
• reserved ：保留字节，为了后续扩展
• contentData ：真正的内容数据，一会具体说
• paddingData ：填充数据，反正都是0，直接忽略就好。

具体的结构和说明请参考官网文档。

###请求部分
似乎好像很简单，就是这样解析一次拿到数据就行了。不过，这里有一个坑，那就是这里定义的是数据单元（记录）的结构，并不是整个buffer的结构，整个buffer由一个记录一个记录这样的组成。一开始可能对于我们习惯了前端开发的同学不大好理解，但是这是理解FastCGI协议的基础，后面还会看到更多例子。
所以，我们需要将一个记录一个记录单独解析出来，根据前面拿到的type来区分记录。这里是一个简单的获取所有记录的函数：

function getRcds(data, cb){      var rcds = [],          start = 0,          length = data.length;      return function (){          if(start >= length){              cb && cb(rcds);              rcds = null;              return;          }          var end = start + 8,              header = data.slice(start, end),              version = header[0],              type    = header[1],              requestId = (header[2] << 8) + header[3],              contentLength = (header[4] << 8) + header[5],              paddingLength = header[6];          start = end + contentLength + paddingLength;            var body = contentLength ? data.slice(end, contentLength) : null;          rcds.push([type, body, requestId]);            return arguments.callee();      }  }  //使用  sock.on('data', function(data){      getRcds(data, function(rcds){      })();  }

注意这里只是简单处理，如果有上传文件等复杂情况这个函数不适应，为了最简演示就先简便处理了。同时，也忽略了requestId参数，如果是多路复用的情况下不能忽略，并且处理会需要复杂得多。
接下来就可以根据type来对不同的记录进行处理了。type的定义如下：

#define FCGI_BEGIN_REQUEST       1  #define FCGI_ABORT_REQUEST       2  #define FCGI_END_REQUEST         3  #define FCGI_PARAMS              4  #define FCGI_STDIN               5  #define FCGI_STDOUT              6  #define FCGI_STDERR              7  #define FCGI_DATA                8  #define FCGI_GET_VALUES          9  #define FCGI_GET_VALUES_RESULT  10  #define FCGI_UNKNOWN_TYPE       11  #define FCGI_MAXTYPE (FCGI_UNKNOWN_TYPE)

接下来就可以根据记录的type来解析拿到真正的数据，下面我只拿最常用的FCGI_PARAMS、FCGI_GET_VALUES、FCGI_GET_VALUES_RESULT来说明，好在他们的解析方式是一致的。其他type记录的解析有自己不同的规则，可以参考规范的定义实现，我这里就不细说了。
FCGI_PARAMS、FCGI_GET_VALUES、FCGI_GET_VALUES_RESULT都是“编码名-值”类型数据，标准格式为：以名字长度，后跟值的长度，后跟名字，后跟值的形式传送，其中127字节或更少的长度能在一字节中编码，而更长的长度总是在四字节中编码。长度的第一字节的高位指示长度的编码方式。高位为0意味着一个字节的编码方式，1意味着四字节的编码方式。看个综合的例子，比如长名短值的情况：

typedef struct {      unsigned char nameLengthB3;  /* nameLengthB3  >> 7 == 1 */      unsigned char nameLengthB2;      unsigned char nameLengthB1;      unsigned char nameLengthB0;      unsigned char valueLengthB0; /* valueLengthB0 >> 7 == 0 */      unsigned char nameData[nameLength              ((B3 & 0x7f) << 24) + (B2 << 16) + (B1 << 8) + B0];      unsigned char valueData[valueLength];  } FCGI_NameValuePair41;

对应的实现js方法示例：

function parseParams(body){      var j = 0,          params = {},          length = body.length;      while(j < length){          var name,              value,              nameLength,              valueLength;          if(body[j] >> 7 == 1){              nameLength = ((body[j++] & 0x7f) << 24) + (body[j++] << 16) + (body[j++] << 8) + body[j++];          } else {              nameLength = body[j++];          }            if(body[j] >> 7 == 1){              valueLength = ((body[j++] & 0x7f) << 24) + (body[j++] << 16) + (body[j++] << 8) + body[j++];          } else {              valueLength = body[j++];          }            var ret = body.asciiSlice(j, j + nameLength + valueLength);          name = ret.substring(0, nameLength);          value = ret.substring(nameLength);          params[name] = value;            j += (nameLength + valueLength);      }      return params;  }

这样就实现了一个简单可获取各种参数和环境变量的方法。完善前面的代码，演示我们如何获取客户端ip：

sock.on('data', function(data){      getRcds(data, function(rcds){          for(var i = 0, l = rcds.length; i < l; i++){              var bodyData = rcds[i],                  type = bodyData[0],                  body = bodyData[1];              if(body && (type === TYPES.FCGI_PARAMS || type === TYPES.FCGI_GET_VALUES || type === TYPES.FCGI_GET_VALUES_RESULT)){                      var params = parseParams(body);                      console.log(params.REMOTE_ADDR);                  }          }      })();  }

到现在我们已经了解了FastCGI请求部分的基础，下面接着将响应部分的实现，并最终完成一个简单的echo应答服务。

###响应部分
响应部分相对比较简单，最简单的情况只需要发送两个记录就行了，那就是FCGI_STDOUT和FCGI_END_REQUEST。
具体记录实体的内容就不冗述了，直接看代码吧：

var res = (function(){      var MaxLength = Math.pow(2, 16);        function buffer0(len){          return new Buffer((new Array(len + 1)).join('\u0000'));      };        function writeStdout(data){          var rcdStdoutHd = new Buffer(8),              contendLength = data.length,              paddingLength = 8 - contendLength % 8;            rcdStdoutHd[0] = 1;          rcdStdoutHd[1] = TYPES.FCGI_STDOUT;          rcdStdoutHd[2] = 0;          rcdStdoutHd[3] = 1;          rcdStdoutHd[4] = contendLength >> 8;          rcdStdoutHd[5] = contendLength;          rcdStdoutHd[6] = paddingLength;          rcdStdoutHd[7] = 0;            return Buffer.concat([rcdStdoutHd, data, buffer0(paddingLength)]);      };        function writeHttpHead(){          return writeStdout(new Buffer("HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Type:text/html; charset=utf-8\r\nConnection: close\r\n\r\n"));      }        function writeHttpBody(bodyStr){          var bodyBuffer = [],              body = new Buffer(bodyStr);          for(var i = 0, l = body.length; i < l; i += MaxLength + 1){              bodyBuffer.push(writeStdout(body.slice(i, i + MaxLength)));          }          return Buffer.concat(bodyBuffer);      }        function writeEnd(){          var rcdEndHd = new Buffer(8);          rcdEndHd[0] = 1;          rcdEndHd[1] = TYPES.FCGI_END_REQUEST;          rcdEndHd[2] = 0;          rcdEndHd[3] = 1;          rcdEndHd[4] = 0;          rcdEndHd[5] = 8;          rcdEndHd[6] = 0;          rcdEndHd[7] = 0;          return Buffer.concat([rcdEndHd, buffer0(8)]);      }        return function(data){          return Buffer.concat([writeHttpHead(), writeHttpBody(data), writeEnd()]);      };  })();

在最简单的情况下，这样就可以发送一个完整的响应了。把我们最终的代码修改一下：

var visitors = 0;  server.on('connection', function(sock){      visitors++;      sock.on('data', function(data){          ...          var querys = querystring.parse(params.QUERY_STRING);              var ret = res('欢迎你，' + (querys.name || '亲爱的朋友') + '！你是本站第' + visitors + '位用户哦~');              sock.write(ret);              ret = null;              sock.end();          ...      });

打开浏览器访问：http://domain/?name=yekai，可看到类似“欢迎你，yekai！你是本站第7位用户哦~”。
至此，我们就成功的使用Node.js实现了一个最简单的FastCGI服务。如果需要作为真正的服务使用，接下来只需要对照协议规范完善我们的逻辑就行了。

##对比测试
最后，我们需要考虑的问题是这个方案具体是否具有可行性？可能已经有同学看出了问题，我先把简单的压测结果放上来：

//FastCGI方式：
500 clients, running 10 sec.
Speed=27678 pages/min, 63277 bytes/sec.
Requests: 3295 susceed, 1318 failed.

500 clients, running 20 sec.
Speed=22131 pages/min, 63359 bytes/sec.
Requests: 6523 susceed, 854 failed.

//proxy方式：
500 clients, running 10 sec.
Speed=28752 pages/min, 73191 bytes/sec.
Requests: 3724 susceed, 1068 failed.

500 clients, running 20 sec.
Speed=26508 pages/min, 66267 bytes/sec.
Requests: 6716 susceed, 2120 failed.

//直接访问Node.js服务方式：
500 clients, running 10 sec.
Speed=101154 pages/min, 264247 bytes/sec.
Requests: 15729 susceed, 1130 failed.

500 clients, running 20 sec.
Speed=43791 pages/min, 115962 bytes/sec.
Requests: 13898 susceed, 699 failed.

为什么proxy方式反而会优于FastCGI方式呢？那是因为在proxy方案下后端服务是直接由Node.js原生模块跑的，而FastCGI方案是我们自己使用JavaScrip实现的。不过，也可以看出两者方案效率上并没有很大的差距（当然，这里对比的只是简单的情况，如果在真正的业务场景下，差距应该会更大），并且如果Node.js原生支持FastCGI服务，那么效率上应该会更优。

##后记
如果有兴趣继续玩的同学可以查看我本文实现的例子源码，这两天研究下了协议规范，其实不难。
同时，回头准备再玩玩uWSGI，不过官方说v8已经在准备直接支持了。
玩得很浅，如有错误欢迎指正交流。

来自：http://www.ivershuo.com/2014/04/fastcgi_on_nodejs/