Node.js DNS 模塊的小優化
這幾天看到了一個關于緩存 Node.js DNS 結果的 PR，然后看了下 c-ares 的代碼，發現 Node.js DNS 模塊也有些可以改進的小地方，所以提交了兩個 PR 嘗試進行優化，本文簡單介紹下相關的內容。
c-ares
c-ares 庫是一個異步的 DNS 解析庫，在 Node.js 中的工作原理如下。
- Node.js 調用 c-ares 發起一個 DNS 查詢，并注冊回調。
- c-ares 創建一個 socket，通知 Node.js 監聽該 socket 的讀事件。
- 該 socket 可讀，Node.js 通知 c-ares，c-ares 讀取響應，并通知 Node.js。
- Node.js 調 c-ares 接口解析 DNS 響應。
- c-ares 回調 Node.js。
另外 Node.js 還會定時調 c-ares 函數，c-ares 會判斷是否查詢請求是否超時。大致了解 c-ares 的基礎后，接下來看看相關的內容。
1. DNS 緩存
c-ares 支持緩存 DNS 響應，具體的緩存時間取決于 DNS 響應報文的 ttl 和 c-ares 的配置。下面是處理 DNS 響應時記錄緩存的代碼。
static ares_status_t ares_qcache_insert_int(ares_qcache_t *qcache,
ares_dns_record_t *qresp,
const ares_dns_record_t *qreq,
const ares_timeval_t *now)
{
ares_qcache_entry_t *entry;
unsigned int ttl;
// DNS 響應報文信息
ares_dns_rcode_t rcode = ares_dns_record_get_rcode(qresp);
ares_dns_flags_t flags = ares_dns_record_get_flags(qresp);
// 獲取 DNS 響應報文的 ttl
ttl = ares_qcache_calc_minttl(qresp);
// 和用戶配置的 ttl 比較，取最小值
if (ttl > qcache->max_ttl) {
ttl = qcache->max_ttl;
}
// 插入緩存
entry->dnsrec = qresp;
entry->expire_ts = (time_t)now->sec + (time_t)ttl;
entry->insert_ts = (time_t)now->sec;
entry->key = ares_qcache_calc_key(qreq);
ares_htable_strvp_insert(qcache->cache, entry->key, entry);
ares_slist_insert(qcache->expire, entry);
return ARES_SUCCESS;
}下面是 DNS 查詢時緩存的處理。
if (!(flags & ARES_SEND_FLAG_NOCACHE)) {
status = ares_qcache_fetch(channel, &now, dnsrec, &dnsrec_resp);
// 存在緩存直接返回
if (status != ARES_ENOTFOUND) {
callback(arg, status, 0, dnsrec_resp);
return status;
}
}但是 c-ares 1.31.0 后自動開啟了緩存，這對于用戶來說可能不是預期的行為，所以 Node.js 提交了 PR 關閉了緩存能力，保證了兼容性。同時，Node.js 后續會提供選項讓用戶可以自定義配置緩存的時間。具體可以參考以下 PR。
- https://github.com/c-ares/c-ares/pull/786
- https://github.com/nodejs/node/pull/57640
- https://github.com/nodejs/node/pull/58404
在了解這個 PR 的同時，也發現了兩個 Node.js DNS 模塊的優化點。
2. 定時器的超時時間
Node.js 會定時調用 c-ares 函數，讓 c-ares 判斷查詢請求是否超時，目前 Node.js DNS 模塊的定時器邏輯如下。
void ChannelWrap::StartTimer() {
int timeout = timeout_;
if (timeout == 0) timeout = 1;
if (timeout < 0 || timeout > 1000) timeout = 1000;
uv_timer_start(timer_handle_, AresTimeout, timeout, timeout);
}可以看到當 timeout 小于 0 時，定時間隔為 1000ms，也就是說 Node.js 會每隔 1000ms 回調 c-ares 判斷查詢是否超時，而當 timeout 等于 0 時，Node.js 設置的定時間隔為 1ms，但是在 c-ares 中當 timeout 等于 -1 和等于 0 時的邏輯是一樣的，都是使用默認的超時時間 2s，相關代碼如下。
if (optmask & ARES_OPT_TIMEOUTMS) {
// 小于 0 則使用默認值
if (options->timeout <= 0) {
optmask &= ~(ARES_OPT_TIMEOUTMS);
} else {
channel->timeout = (unsigned int)options->timeout;
}
}
if (channel->timeout == 0) {
channel->timeout = DEFAULT_TIMEOUT; // 2s
}所以如果用戶設置 timeout = 0，Node.js 就會頻繁地調用（每隔 1ms）c-ares 判斷是否超時，但這是沒必要的。優化后的代碼如下。
void ChannelWrap::StartTimer() {
int timeout = timeout_;
if (timeout <= 0 || timeout > 1000) timeout = 1000;
uv_timer_start(timer_handle_, AresTimeout, timeout, timeout);
}優化的邏輯很簡單，保證 timeout 等于 0 和等于 -1 時的邏輯一致即可。通過測試大概 CPU 使用率下降 2% 左右，測試例子如下。
const { Resolver } = require('dns');
const { createSocket } = require('dgram');
const socket = createSocket('udp4');
socket.bind(0, 'localhost', () => {
const resolver = new Resolver({ timeout: 0, tries: 4 });
resolver.setServers([`${socket.address().address}:${socket.address().port}`])
resolver.resolve('nodejs.org', () => {
socket.close();
});
});具體可以參考 PR：https://github.com/nodejs/node/pull/58441。
3. 最大超時時間
Node.js DNS 解析有 timeout 和 tries 兩個參數，timeout 表示對于一個 DNS 服務器，一個 DNS 首次查詢的超時時間，tries 表示超時次數，但是超時間隔是按照一定算法計算的（比如指數退避），而不是固定的。看一個例子。
const { Resolver } = require('dns');
const { createSocket } = require('dgram');
const socket = createSocket('udp4');
socket.bind(0, 'localhost', () => {
const resolver = new Resolver({ timeout: 1000, tries: 3 });
resolver.setServers([`${socket.address().address}:${socket.address().port}`])
const start = Date.now();
resolver.resolve('nodejs.org', () => {
socket.close();
console.log(`time: ${Date.now() - start}`);
});
});例子中輸入的時間大概為 8s，說明不是等間隔重試的，但是有些時候我們希望可以快點重試，比如服務器宕機時快速感知超時，服務重啟時快速獲取結果等，所以我們希望有一種方式可以控制每次重試時的超時時間，而不是使用 c-ares 的默認算法，這個配置就是 c-ares 的 max timeout 配置，最近提了一個 PR 支持該特性，測試例子如下。
const { Resolver } = require('dns');
const { createSocket } = require('dgram');
const socket = createSocket('udp4');
socket.bind(0, 'localhost', () => {
const resolver = new Resolver({ timeout: 1000, tries: 3, maxTimeout: 1000 });
resolver.setServers([`${socket.address().address}:${socket.address().port}`])
const start = Date.now();
resolver.resolve('nodejs.org', () => {
socket.close();
console.log(`time: ${Date.now() - start}`);
});
});上面代碼輸出是 4s 左右，說明每次重試間隔都是 1s。具體可以參考 PR：https://github.com/nodejs/node/pull/58440。
Node.js DNS 模塊是比較穩定的模塊，功能上變化不大，但是仍然有一些小地方可以進行優化，也算是不斷完善 Node.js 的功能。
