教你編寫Node.js中間件，實現服務端緩存
Express 作為 Node.js 的框架，如今發展可謂如日中天。我很喜歡其靈活、易擴展的設計理念。尤其是該框架的中間件架構設計：使得在應用中加入新特性更加標準化、成本最小化。這篇文章，我會嘗試編寫一個非常簡單、小巧的中間件，完成服務端緩存功能，進而優化性能。
關于中間件
說到中間件，Express 官網對它的闡述是這樣的：
“Express 是一個自身功能極簡，完全是路由和中間件構成一個web開發框架：從本質上來說，一個 Express 應用就是在調用各種中間件。”
也許你使用過各種各樣的中間件進行開發，但是可能并不理解中間件原理，也沒有深入過 Express 源碼，探究其實現。這里并不打算長篇大論幫您分析，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，也不會影響對下文中間件編寫的理解。
關于服務端緩存
緩存已經被廣泛應用，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，服務器端緩存......”。另一維度上，也會想到：“200(from cache)，expire，eTag......”等概念。
當然作為前端開發者，我們一定要明白這些緩存概念，這些緩存理念是相對于某個具體用戶訪問來說的，性能優化體現在單個用戶上。比如說，我***次打開頁面 A，耗時超長，下一次打開頁面由于緩存的作用，時間縮短了。
但是在服務器端，還存在另外一個維度，思考一下這樣的場景：
我們有一個靜態頁面 B，這個頁面服務端需要從數據庫獲取部分數據 b1，根據 b1 又要計算得到部分數據 b2，還得做各種高復雜度操作，最終才能“東拼西湊”出需要返回的完整頁面 B，整個過程耗時2s。
那么面臨的災難就是，user1 打開頁面耗時2s，user2同樣打開頁面耗時2s......而這些頁面都是靜態頁面 B，內容是完全一樣的。為了解決這個災難，這時候我們也需要緩存，這種緩存就叫先做服務端緩存(server-side cache)。
總結一下，服務端緩存的目的其實就是對于同一個頁面請求，而返回(緩存的)同樣的頁面內容。這個過程完全獨立于不同的用戶。
上面的話有些拗口，可以參考英文表達更清晰：
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***次請求到達時，服務端耗費5秒來返回 HTML;而接下來再次請求該頁面，將會***緩存，不過是哪個用戶訪問，只需要幾毫秒便可得到完整頁面。
Show me the code & Demo
其實上文提到的緩存概念非常簡單，稍微有些后端經驗的同學都能很好理解。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，并自己來實現一個服務端緩存中間件。
讓我們開工吧!
最終 Demo 代碼，歡迎訪問它的Github地址。
我將會使用 npm 上 memory-cache 這個包，以方便進行緩存的讀寫。最終的中間件代碼很簡單：
- 'use strict'
- var mcache = require('memory-cache');
- var cache = (duration) => {
- return (req, res, next) => {
- let key = '__express__' + req.originalUrl || req.url
- let cachedBody = mcache.get(key)
- if (cachedBody) {
- res.send(cachedBody)
- return
- } else {
- res.sendResponse = res.send
- res.send = (body) => {
- mcache.put(key, body, duration * 1000);
- res.sendResponse(body)
- }
- next()
- }
- }
- }
為了簡單，我使用了請求 URL 作為 cache 的 key：
- 當它(cache key)及其對應的 value 值存在時，便直接返回其 value 值;
- 當它(cache key)及其對應的 value 值不存在時，我們將對 Express send 方法做一層攔截：在最終返回前，存入這對 key-value。
緩存的有效時間是10秒。
最終在判斷之外，我們的中間件把控制權交給下一個中間件。
最終使用和測試如下代碼：
- app.get('/', cache(10), (req, res) => {
- setTimeout(() => {
- res.render('index', { title: 'Hey', message: 'Hello there', date: new Date()})
- }, 5000) //setTimeout was used to simulate a slow processing request
- })
我使用了 setTimeout 來模擬一個超長(5s)的操作。
打開瀏覽器控制面板，發現在10秒緩存到期以內：
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。
還有幾個小問題
仔細看我們的頁面，再去體會一下實現代碼。也許細心的讀者能發現一個問題：剛才的實現我們緩存了整個頁面，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，頁面無法動態刷新來同步，直到10秒緩存到期。
同時，我們什么時候可以使用上述中間件，進行服務端緩存呢?當然是靜態內容才可以使用。同時，PUT, DELETE 和 POST 操作都不應該進行類似的緩存處理。
同樣，我們使用了 npm 模塊：memory-cache，它存在優缺點如下：
- 讀寫迅速而簡單，不需要其他依賴;
- 當服務器或者這個進程掛掉的時候，緩存中的內容將會全部丟失。
- memcache 是將緩存內容存放在了自己進程的內存中，所以這部分內容是無法在多個 Node.js 進程之間共享的。
如果這些弊端 really matter，在實際開發中我們可以選擇分布式的 cache 服務，比如 Redis。同樣你可以在 npm 上找到：express-redis-cache 模塊使用。
總結
在真實的開發場景中，服務端緩存已經成為 common sense，但是在 Node.js 的世界里，體會其中間件思想，自己手動編寫服務，同樣樂趣無窮。
與實踐相結合，我認為真正緩存整個頁面(如同 demo 那樣)并不是一個推薦的做法(當時實際場景實際分析)，同樣使用請求 url 作為緩存的 key 也有待考慮。比如，頁面中的一些靜態內容可能會在其他頁面中重復使用到，復用就成了問題。
