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BigPipe 是 Facebook 開發的優化網頁加載速度的技術。網上幾乎沒有用 node.js 實現的文章，實際上，不止於 node.js，BigPipe 用其他語言的實現在網上都很少見。以至於這技術出現很久以後，我還以為就是整個網頁的框架先發送完畢後，用另一個或幾個 ajax 請求再請求頁面內的模塊。直到不久前，我才了解到原來 BigPipe 的核心概念就是只用一個 HTTP 請求，只是頁面元素不按順序發送而已。

了解了這個核心概念就好辦了，得益於 node.js 的異步特性，很容易就可以用 node.js 實現 BigPipe。本文會一步一步詳盡地用例子來說明 BigPipe 技術的起因和一個基於 node.js 的簡單實現。

我會用 express 來演示，簡單起見，我們選用 jade 作為模版引擎，並且我們不使用引擎的子模版（partial）特性，而是以子模版渲染完成以後的 HTML 作為父模版的數據。

先建一個 nodejs-bigpipe 的文件夾，寫一個 package.json 文件如下：

代碼如下:
{
    "name": "bigpipe-experiment"
  , "version": "0.1.0"
  , "private": true
  , "dependencies": {
        "express": "3.x.x"
      , "consolidate": "latest"
      , "jade": "latest"
    }
}

運行 npm install 安裝這三個庫，consolidate 是用來方便調用 jade 的。

先做個最簡單的嘗試，兩個文件：

app.js:

代碼如下:
var express = require('express')
  , cons = require('consolidate')
  , jade = require('jade')
  , path = require('path')

var app = express()

app.engine('jade', cons.jade)
app.set('views', path.join(__dirname, 'views'))
app.set('view engine', 'jade')

app.use(function (req, res) {
  res.render('layout', {
      s1: "Hello, I'm the first section."
    , s2: "Hello, I'm the second section."
  })
})

app.listen(3000)

views/layout.jade

代碼如下:
doctype html

head
  title Hello, World!
  style
    section {
      margin: 20px auto;
      border: 1px dotted gray;
      width: 80%;
      height: 150px;
    }

section#s1!=s1
section#s2!=s2

效果如下：

接下來我們把兩個 section 模版放到兩個不同的模版文件裡：

views/s1.jade:

代碼如下:
h1 Partial 1
.content!=content

views/s2.jade:
代碼如下:
h1 Partial 2
.content!=content

在 layout.jade 的 style 裡增加一些樣式

代碼如下:
section h1 {
  font-size: 1.5;
  padding: 10px 20px;
  margin: 0;
  border-bottom: 1px dotted gray;
}
section div {
  margin: 10px;
}

將 app.js 的 app.use() 部分更改為：

代碼如下:
var temp = {
    s1: jade.compile(fs.readFileSync(path.join(__dirname, 'views', 's1.jade')))
  , s2: jade.compile(fs.readFileSync(path.join(__dirname, 'views', 's2.jade')))
}
app.use(function (req, res) {
  res.render('layout', {
      s1: temp.s1({ content: "Hello, I'm the first section." })
    , s2: temp.s2({ content: "Hello, I'm the second section." })
  })
})

之前我們說“以子模版渲染完成以後的 HTML 作為父模版的數據”，指的就是這樣，temp.s1 和 temp.s2 兩個方法會生成 s1.jade 和 s2.jade 兩個文件的 HTML 代碼，然後把這兩段代碼作為 layout.jade 裡面 s1、s2 兩個變量的值。

現在頁面看起來是這樣子：

一般來說，兩個 section 的數據是分別獲取的——不管是通過查詢數據庫還是 RESTful 請求，我們用兩個函數來模擬這樣的異步操作。

代碼如下:
var getData = {
    d1: function (fn) {
        setTimeout(fn, 3000, null, { content: "Hello, I'm the first section." })
    }
  , d2: function (fn) {
        setTimeout(fn, 5000, null, { content: "Hello, I'm the second section." })
    }
}

這樣一來，app.use() 裡的邏輯就會比較復雜了，最簡單的處理方式是：

代碼如下:
app.use(function (req, res) {
  getData.d1(function (err, s1data) {
    getData.d2(function (err, s2data) {
      res.render('layout', {
          s1: temp.s1(s1data)
        , s2: temp.s2(s2data)
      })
    })
  })
})

這樣也可以得到我們想要的結果，但是這樣的話，要足足 8 秒才會返回。

其實實現邏輯可以看出 getData.d2 是在 getData.d1 的結果返回後才開始調用，而它們兩者並沒有這樣的依賴關系。我們可以用如 async 之類的處理 JavaScript 異步調用的庫來解決這樣的問題，不過我們這裡就簡單手寫吧：

代碼如下:
app.use(function (req, res) {
  var n = 2
    , result = {}
  getData.d1(function (err, s1data) {
    result.s1data = s1data
    --n || writeResult()
  })
  getData.d2(function (err, s2data) {
    result.s2data = s2data
    --n || writeResult()
  })
  function writeResult() {
    res.render('layout', {
        s1: temp.s1(result.s1data)
      , s2: temp.s2(result.s2data)
    })
  }
})

這樣就只需 5 秒。

在接下來的優化之前，我們加入 jquery 庫並把 css 樣式放到外部文件，順便，把之後我們會用到的浏覽器端使用 jade 模板所需要的 runtime.js 文件也加入進來，在包含 app.js 的目錄下運行：

代碼如下:
mkdir static
cd static
curl http://code.jquery.com/jquery-1.8.3.min.js -o jquery.js
ln -s ../node_modules/jade/runtime.min.js jade.js

並且把 layout.jade 中的 style 標簽裡的代碼拿出來放到 static/style.css 裡，然後把 head 標簽改為：

代碼如下:
head
  title Hello, World!
  link(href="/static/style.css", rel="stylesheet")
  script(src="/static/jquery.js")
  script(src="/static/jade.js")

在 app.js 裡，我們把它們兩者的下載速度都模擬為兩秒，在app.use(function (req, res) {之前加入：
代碼如下:
var static = express.static(path.join(__dirname, 'static'))
app.use('/static', function (req, res, next) {
  setTimeout(static, 2000, req, res, next)
})

受外部靜態文件的影響，我們的頁面現在的加載時間為 7 秒左右。

如果我們一收到 HTTP 請求就把 head 部分返回，然後兩個 section 等到異步操作結束後再返回，這是利用了 HTTP 的分塊傳輸編碼機制。在 node.js 裡面只要使用 res.write() 方法就會自動加上 Transfer-Encoding: chunked 這個 header 了。這樣就能在浏覽器加載靜態文件的同時，node 服務器這邊等待異步調用的結果了，我們先刪除 layout.jade 中的這 section 這兩行：
代碼如下:
section#s1!=s1
section#s2!=s2

因此我們在 res.render() 裡也不用給 { s1: …, s2: … } 這個對象，並且因為 res.render() 默認會調用 res.end()，我們需要手動設置 render 完成後的回調函數，在裡面用 res.write() 方法。layout.jade 的內容也不必在 writeResult() 這個回調函數裡面，我們可以在收到這個請求時就返回，注意我們手動添加了 content-type 這個 header：

代碼如下:
app.use(function (req, res) {
  res.render('layout', function (err, str) {
    if (err) return res.req.next(err)
    res.setHeader('content-type', 'text/html; charset=utf-8')
    res.write(str)
  })
  var n = 2
  getData.d1(function (err, s1data) {
    res.write('<section id="s1">' + temp.s1(s1data) + '</section>')
    --n || res.end()
  })
  getData.d2(function (err, s2data) {
    res.write('<section id="s2">' + temp.s2(s2data) + '</section>')
    --n || res.end()
  })
})

現在最終加載速度又回到大概 5 秒左右了。實際運行中浏覽器先收到 head 部分代碼，就去加載三個靜態文件，這需要兩秒時間，然後到第三秒，出現 Partial 1 部分，第 5 秒出現 Partial 2 部分，網頁加載結束。就不給截圖了，截圖效果和前面 5 秒的截圖一樣。

但是要注意能實現這個效果是因為 getData.d1 比 getData.d2 快，也就是說，先返回網頁中的哪個區塊取決於背後的接口異步調用結果誰先返回，如果我們把 getData.d1 改成 8 秒返回，那就會先返回 Partial 2 部分，s1 和 s2 的順序對調，最終網頁的結果就和我們的預期不符了。

這個問題最終將我們引導到 BigPipe 上來，BigPipe 就是能讓網頁各部分的顯示順序與數據的傳輸順序解耦的技術。

其基本思路就是，首先傳輸整個網頁大體的框架，需要稍後傳輸的部分用空 div（或其他標簽）表示：

代碼如下:
res.render('layout', function (err, str) {
  if (err) return res.req.next(err)
  res.setHeader('content-type', 'text/html; charset=utf-8')
  res.write(str)
  res.write('<section id="s1"></section><section id="s2"></section>')
})

然後將返回的數據用 JavaScript 寫入

代碼如下:
getData.d1(function (err, s1data) {
  res.write('<script>$("#s1").html("' + temp.s1(s1data).replace(/"/g, '\\"') + '")</script>')
  --n || res.end()
})

s2 的處理與此類似。這時你會看到，請求網頁的第二秒，出現兩個空白虛線框，第五秒，出現 Partial 2 部分，第八秒，出現 Partial 1 部分，網頁請求完成。

至此，我們就完成了一個最簡單的 BigPipe 技術實現的網頁。

需要注意的是，要寫入的網頁片段有 script 標簽的情況，如將 s1.jade 改為：

代碼如下:
h1 Partial 1
.content!=content
script
  alert("alert from s1.jade")

然後刷新網頁，會發現這句 alert 沒有執行，而且網頁會有錯誤。查看源代碼，知道是因為 <script> 裡面的字符串出現 </script> 而導致的錯誤，只要將其替換為 <\/script> 即可
代碼如下:
res.write('<script>$("#s1").html("' + temp.s1(s1data).replace(/"/g, '\\"').replace(/<\/script>/g, '<\\/script>') + '")</script>')

以上我們便說明了 BigPipe 的原理和用 node.js 實現 BigPipe 的基本方法。而在實際中應該怎樣運用呢？下面提供一個簡單的方法，僅供拋磚引玉，代碼如下：

代碼如下:
var resProto = require('express/lib/response')
resProto.pipe = function (selector, html, replace) {
  this.write('<script>' + '$("' + selector + '").' +
    (replace === true ? 'replaceWith' : 'html') +
    '("' + html.replace(/"/g, '\\"').replace(/<\/script>/g, '<\\/script>') +
    '")</script>')
}
function PipeName (res, name) {
  res.pipeCount = res.pipeCount || 0
  res.pipeMap = res.pipeMap || {}
  if (res.pipeMap[name]) return
  res.pipeCount++
  res.pipeMap[name] = this.id = ['pipe', Math.random().toString().substring(2), (new Date()).valueOf()].join('_')
  this.res = res
  this.name = name
}
resProto.pipeName = function (name) {
  return new PipeName(this, name)
}
resProto.pipeLayout = function (view, options) {
  var res = this
  Object.keys(options).forEach(function (key) {
    if (options[key] instanceof PipeName) options[key] = '<span id="' + options[key].id + '"></span>'
  })
  res.render(view, options, function (err, str) {
    if (err) return res.req.next(err)
    res.setHeader('content-type', 'text/html; charset=utf-8')
    res.write(str)
    if (!res.pipeCount) res.end()
  })
}
resProto.pipePartial = function (name, view, options) {
  var res = this
  res.render(view, options, function (err, str) {
    if (err) return res.req.next(err)
    res.pipe('#'+res.pipeMap[name], str, true)
    --res.pipeCount || res.end()
  })
}
app.get('/', function (req, res) {
  res.pipeLayout('layout', {
      s1: res.pipeName('s1name')
    , s2: res.pipeName('s2name')
  })
  getData.d1(function (err, s1data) {
    res.pipePartial('s1name', 's1', s1data)
  })
  getData.d2(function (err, s2data) {
    res.pipePartial('s2name', 's2', s2data)
  })
})

還要在 layout.jade 把兩個 section 添加回來：
代碼如下:
section#s1!=s1
section#s2!=s2

這裡的思路是，需要 pipe 的內容先用一個 span 標簽占位，異步獲取數據並渲染完成相應的 HTML 代碼後再輸出給浏覽器，用 jQuery 的 replaceWith 方法把占位的 span 元素替換掉。

本文的代碼在 https://github.com/undozen/bigpipe-on-node ，我把每一步做成一個 commit 了，希望你 clone 到本地實際運行並 hack 一下看看。因為後面幾步涉及到加載順序了，確實要自己打開浏覽器才能體驗到而無法從截圖上看到（其實應該可以用 gif 動畫實現，但是我懶得做了）。

關於 BigPipe 的實踐還有很大的優化空間，比如說，要 pipe 的內容最好設置一個觸發的時間值，如果異步調用的數據很快返回，就不需要用 BigPipe，直接生成網頁送出即可，可以等到數據請求超過一定時間才用 BigPipe。使用 BigPipe 相比 ajax 既節省了浏覽器到 node.js 服務器的請求數，又節省了 node.js 服務器到數據源的請求數。不過具體的優化和實踐方法，等到雪球網用上 BigPipe 以後再分享吧。