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使用Node.js搭建靜態(tài)資源服務詳細教程

來源：懂視網(wǎng) 責編：小采時間：2020-11-27 22:33:41

使用Node.js搭建靜態(tài)資源服務詳細教程

使用Node.js搭建靜態(tài)資源服務詳細教程:對于Node.js新手，搭建一個靜態(tài)資源服務器是個不錯的鍛煉，從最簡單的返回文件或錯誤開始，漸進增強，還可以逐步加深對http的理解。那就開始吧，讓我們的雙手沾滿網(wǎng)絡請求！ Note: 當然在項目中如果有使用express框架，用express.static一行代碼就可

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對于Node.js新手，搭建一個靜態(tài)資源服務器是個不錯的鍛煉，從最簡單的返回文件或錯誤開始，漸進增強，還可以逐步加深對http的理解。那就開始吧，讓我們的雙手沾滿網(wǎng)絡請求！

Note:

當然在項目中如果有使用express框架，用express.static一行代碼就可以達到目的了：

app.use(express.static('public'))

這里我們要實現(xiàn)的正是express.static背后所做工作的一部分，建議同步閱讀該模塊源碼。

基本功能

不急著寫下第一行代碼，而是先梳理一下就基本功能而言有哪些步驟。

在本地根據(jù)指定端口啟動一個http server，等待著來自客戶端的請求
當請求抵達時，根據(jù)請求的url，以設置的靜態(tài)文件目錄為base，映射得到文件位置
檢查文件是否存在
如果文件不存在，返回404狀態(tài)碼，發(fā)送not found頁面到客戶端
如果文件存在：

打開文件待讀取

設置response header

發(fā)送文件到客戶端

6.等待來自客戶端的下一個請求

實現(xiàn)基本功能

代碼結(jié)構(gòu)

創(chuàng)建一個nodejs-static-webserver目錄，在目錄內(nèi)運行npm init初始化一個package.json文件。

mkdir nodejs-static-webserver && cd "$_"
// initialize package.json
npm init

接著創(chuàng)建如下文件目錄：

-- config
---- default.json
-- static-server.js
-- app.js
default.json
{
 "port": 9527,
 "root": "/Users/sheila1227/Public",
 "indexPage": "index.html"
}

default.js存放一些默認配置，比如端口號、靜態(tài)文件目錄（root)、默認頁（indexPage）等。當這樣的一個請求http://localhost:9527/myfiles/抵達時. 如果根據(jù)root映射后得到的目錄內(nèi)有index.html，根據(jù)我們的默認配置，就會給客戶端發(fā)回index.html的內(nèi)容。

static-server.js

const http = require('http');
const path = require('path');
const config = require('./config/default');
class StaticServer {
 constructor() {
 this.port = config.port;
 this.root = config.root;
 this.indexPage = config.indexPage;
 }

 start() {
 http.createServer((req, res) => {
 const pathName = path.join(this.root, path.normalize(req.url));
 res.writeHead(200);
 res.end(`Requeste path: ${pathName}`);
 }).listen(this.port, err => {
 if (err) {
 console.error(err);
 console.info('Failed to start server');
 } else {
 console.info(`Server started on port ${this.port}`);
 }
 });
 }
}
module.exports = StaticServer;

在這個模塊文件內(nèi)，我們聲明了一個StaticServer類，并給其定義了start方法，在該方法體內(nèi)，創(chuàng)建了一個server對象，監(jiān)聽rquest事件，并將服務器綁定到配置文件指定的端口。在這個階段，我們對于任何請求都暫時不作區(qū)分地簡單地返回請求的文件路徑。path模塊用來規(guī)范化連接和解析路徑，這樣我們就不用特意來處理操作系統(tǒng)間的差異。

app.js

const StaticServer = require('./static-server');
(new StaticServer()).start();

在這個文件內(nèi)，調(diào)用上面的static-server模塊，并創(chuàng)建一個StaticServer實例，調(diào)用其start方法，啟動了一個靜態(tài)資源服務器。這個文件后面將不需要做其他修改，所有對靜態(tài)資源服務器的完善都發(fā)生在static-server.js內(nèi)。

在目錄下啟動程序會看到成功啟動的log：

> node app.js
Server started on port 9527

在瀏覽器中訪問，可以看到服務器將請求路徑直接返回了。

路由處理

之前我們對任何請求都只是向客戶端返回文件位置而已，現(xiàn)在我們將其替換成返回真正的文件：

 routeHandler(pathName, req, res) { 
 }
 start() {
 http.createServer((req, res) => {
 const pathName = path.join(this.root, path.normalize(req.url));
 this.routeHandler(pathName, req, res);
 }).listen(this.port, err => {
 ...
 });
 }

將由routeHandler來處理文件發(fā)送。

讀取靜態(tài)文件

讀取文件之前，用fs.stat檢測文件是否存在，如果文件不存在，回調(diào)函數(shù)會接收到錯誤，發(fā)送404響應.

 respondNotFound(req, res) {
 res.writeHead(404, {
 'Content-Type': 'text/html'
 });
 res.end(`<h1>Not Found</h1><p>The requested URL ${req.url} was not found on this server.</p>`);
 }

 respondFile(pathName, req, res) {
 const readStream = fs.createReadStream(pathName);
 readStream.pipe(res);
 }

 routeHandler(pathName, req, res) {
 fs.stat(pathName, (err, stat) => {
 if (!err) {
 this.respondFile(pathName, req, res);
 } else {
 this.respondNotFound(req, res);
 }
 });
 }

Note:

讀取文件，這里用的是流的形式createReadStream而不是readFile，是因為后者會在得到完整文件內(nèi)容之前將其先讀到內(nèi)存里。這樣萬一文件很大，再遇上多個請求同時訪問，readFile就承受不來了。使用文件可讀流，服務端不用等到數(shù)據(jù)完全加載到內(nèi)存再發(fā)回給客戶端，而是一邊讀一邊發(fā)送分塊響應。這時響應里會包含如下響應頭：

Transfer-Encoding:chunked

默認情況下，可讀流結(jié)束時，可寫流的end()方法會被調(diào)用。

MIME支持

現(xiàn)在給客戶端返回文件時，我們并沒有指定Content-Type頭，雖然你可能發(fā)現(xiàn)訪問文本或圖片瀏覽器都可以正確顯示出文字或圖片，但這并不符合規(guī)范。任何包含實體主體（entity body）的響應都應在頭部指明文件類型，否則瀏覽器無從得知類型時，就會自行猜測（從文件內(nèi)容以及url中尋找可能的擴展名）。響應如指定了錯誤的類型也會導致內(nèi)容的錯亂顯示，如明明返回的是一張jpeg圖片，卻錯誤指定了header：'Content-Type': 'text/html'，會收到一堆亂碼。

雖然有現(xiàn)成的mime模塊可用，這里還是自己來實現(xiàn)吧，試圖對這個過程有更清晰的理解。

在根目錄下創(chuàng)建mime.js文件：

const path = require('path');
const mimeTypes = {
 "css": "text/css",
 "gif": "image/gif",
 "html": "text/html",
 "ico": "image/x-icon",
 "jpeg": "image/jpeg",
 ...
};
const lookup = (pathName) => {
 let ext = path.extname(pathName);
 ext = ext.split('.').pop();
 return mimeTypes[ext] || mimeTypes['txt'];
}
module.exports = {
 lookup
};

該模塊暴露出一個lookup方法，可以根據(jù)路徑名返回正確的類型，類型以‘type/subtype'表示。對于未知的類型，按普通文本處理。

接著在static-server.js中引入上面的mime模塊，給返回文件的響應都加上正確的頭部字段：

 respondFile(pathName, req, res) {
 const readStream = fs.createReadStream(pathName);
 res.setHeader('Content-Type', mime.lookup(pathName));
 readStream.pipe(res);
 }

重新運行程序，會看到圖片可以在瀏覽器中正常顯示了。

Note:

需要注意的是，Content-Type說明的應是原始實體主體的文件類型。即使實體經(jīng)過內(nèi)容編碼（如gzip，后面會提到)，該字段說明的仍應是編碼前的實體主體的類型。

添加其他功能

至此，已經(jīng)完成了基本功能中列出的幾個步驟，但依然有很多需要改進的地方，比如如果用戶輸入的url對應的是磁盤上的一個目錄怎么辦？還有，現(xiàn)在對于同一個文件（從未更改過）的多次請求，服務端都是勤勤懇懇地一遍遍地發(fā)送回同樣的文件，這些冗余的數(shù)據(jù)傳輸，既消耗了帶寬，也給服務器添加了負擔。另外，服務器如果在發(fā)送內(nèi)容之前能對其進行壓縮，也有助于減少傳輸時間。

讀取文件目錄

現(xiàn)階段，用url: localhost:9527/testfolder去訪問一個指定root文件夾下真實存在的testfolder的文件夾，服務端會報錯：

Error: EISDIR: illegal operation on a directory, read

要增添對目錄訪問的支持，我們重新整理下響應的步驟：

1.請求抵達時，首先判斷url是否有尾部斜杠

2.如果有尾部斜杠，認為用戶請求的是目錄

如果目錄存在

如果目錄下存在默認頁（如index.html),發(fā)送默認頁

如果不存在默認頁，發(fā)送目錄下內(nèi)容列表

如果目錄不存在，返回404

3.如果沒有尾部斜杠，認為用戶請求的是文件

如果文件存在，發(fā)送文件

如果文件不存在，判斷同名的目錄是否存在

如果存在該目錄，返回301，并在原url上添加上/作為要轉(zhuǎn)到的location

如果不存在該目錄，返回404

我們需要重寫一下routeHandler內(nèi)的邏輯：

routeHandler(pathName, req, res) {
 fs.stat(pathName, (err, stat) => {
 if (!err) {
 const requestedPath = url.parse(req.url).pathname;
 if (hasTrailingSlash(requestedPath) && stat.isDirectory()) {
 this.respondDirectory(pathName, req, res);
 } else if (stat.isDirectory()) {
 this.respondRedirect(req, res);
 } else {
 this.respondFile(pathName, req, res);
 }
 } else {
 this.respondNotFound(req, res);
 }
 });
 }

繼續(xù)補充respondRedirect方法：

 respondRedirect(req, res) {
 const location = req.url + '/';
 res.writeHead(301, {
 'Location': location,
 'Content-Type': 'text/html'
 });
 res.end(`Redirecting to <a href='${location}'>${location}</a>`);
 }

瀏覽器收到301響應時，會根據(jù)頭部指定的location字段值，向服務器發(fā)出一個新的請求。

繼續(xù)補充respondDirectory方法：

 respondDirectory(pathName, req, res) {
 const indexPagePath = path.join(pathName, this.indexPage);
 if (fs.existsSync(indexPagePath)) {
 this.respondFile(indexPagePath, req, res);
 } else {
 fs.readdir(pathName, (err, files) => {
 if (err) {
 res.writeHead(500);
 return res.end(err);
 }
 const requestPath = url.parse(req.url).pathname;
 let content = `<h1>Index of ${requestPath}</h1>`;
 files.forEach(file => {
 let itemLink = path.join(requestPath,file);
 const stat = fs.statSync(path.join(pathName, file));
 if (stat && stat.isDirectory()) {
 itemLink = path.join(itemLink, '/');
 } 
 content += `<p><a href='${itemLink}'>${file}</a></p>`;
 });
 res.writeHead(200, {
 'Content-Type': 'text/html'
 });
 res.end(content);
 });
 }
 }

當需要返回目錄列表時，遍歷所有內(nèi)容，并為每項創(chuàng)建一個link，作為返回文檔的一部分。需要注意的是，對于子目錄的href，額外添加一個尾部斜杠，這樣可以避免訪問子目錄時的又一次重定向。

在瀏覽器中測試一下，輸入localhost:9527/testfolder，指定的root目錄下并沒有名為testfolder的文件，卻存在同名目錄，因此第一次會收到重定向響應，并發(fā)起一個對目錄的新請求。

緩存支持

為了減少數(shù)據(jù)傳輸，減少請求數(shù)，繼續(xù)添加緩存支持。首先梳理一下緩存的處理流程：

1.如果是第一次訪問，請求報文首部不會包含相關(guān)字段，服務端在發(fā)送文件前做如下處理：

如服務器支持ETag，設置ETag頭

如服務器支持Last-Modified，設置Last-Modified頭

設置Expires頭

設置Cache-Control頭（設置其max-age值）

瀏覽器收到響應后會存下這些標記，并在下次請求時帶上與ETag對應的請求首部If-None-Match或與Last-Modified對應的請求首部If-Modified-Since。

2.如果是重復的請求：

瀏覽器判斷緩存是否過期（通過Cache-Control和Expires確定）

如果未過期，直接使用緩存內(nèi)容，也就是強緩存命中，并不會產(chǎn)生新的請求

如果已過期，會發(fā)起新的請求，并且請求會帶上If-None-Match或If-Modified-Since，或者兼具兩者

服務器收到請求，進行緩存的新鮮度再驗證：
首先檢查請求是否有If-None-Match首部，沒有則繼續(xù)下一步，有則將其值與文檔的最新ETag匹配，失敗則認為緩存不新鮮，成功則繼續(xù)下一步

接著檢查請求是否有If-Modified-Since首部，沒有則保留上一步驗證結(jié)果，有則將其值與文檔最新修改時間比較驗證，失敗則認為緩存不新鮮，成功則認為緩存新鮮

當兩個首部皆不存在或者驗證結(jié)果是不新鮮時，發(fā)送200及最新文件，并在首部更新新鮮度。

當驗證結(jié)果是緩存仍然新鮮時（也就是弱緩存命中），不需發(fā)送文件，僅發(fā)送304，并在首部更新新鮮度

為了能啟用或關(guān)閉某種驗證機制，我們在配置文件里增添如下配置項：

default.json：

{
 ...
 "cacheControl": true,
 "expires": true,
 "etag": true,
 "lastModified": true,
 "maxAge": 5
}

這里為了能測試到緩存過期，將過期時間設成了非常小的5秒。

在StaticServer類中接收這些配置：

class StaticServer {
 constructor() {
 ...
 this.enableCacheControl = config.cacheControl;
 this.enableExpires = config.expires;
 this.enableETag = config.etag;
 this.enableLastModified = config.lastModified;
 this.maxAge = config.maxAge;
 }

現(xiàn)在，我們要在原來的respondFile前橫加一杠，增加是要返回304還是200的邏輯。

 respond(pathName, req, res) {
 fs.stat(pathName, (err, stat) => {
 if (err) return respondError(err, res);
 this.setFreshHeaders(stat, res);
 if (this.isFresh(req.headers, res._headers)) {
 this.responseNotModified(res);
 } else {
 this.responseFile(pathName, res);
 }
 });
 }

準備返回文件前，根據(jù)配置，添加緩存相關(guān)的響應首部。

 generateETag(stat) {
 const mtime = stat.mtime.getTime().toString(16);
 const size = stat.size.toString(16);
 return `W/"${size}-${mtime}"`;
 }
 setFreshHeaders(stat, res) {
 const lastModified = stat.mtime.toUTCString();
 if (this.enableExpires) {
 const expireTime = (new Date(Date.now() + this.maxAge * 1000)).toUTCString();
 res.setHeader('Expires', expireTime);
 }
 if (this.enableCacheControl) {
 res.setHeader('Cache-Control', `public, max-age=${this.maxAge}`);
 }
 if (this.enableLastModified) {
 res.setHeader('Last-Modified', lastModified);
 }
 if (this.enableETag) {
 res.setHeader('ETag', this.generateETag(stat));
 }
 }

需要注意的是，上面使用了ETag弱驗證器，并不能保證緩存文件與服務器上的文件是完全一樣的。關(guān)于強驗證器如何實現(xiàn)，可以參考etag包的源碼。

下面是如何判斷緩存是否仍然新鮮：

 isFresh(reqHeaders, resHeaders) {
 const noneMatch = reqHeaders['if-none-match'];
 const lastModified = reqHeaders['if-modified-since'];
 if (!(noneMatch || lastModified)) return false;
 if(noneMatch && (noneMatch !== resHeaders['etag'])) return false;
 if(lastModified && lastModified !== resHeaders['last-modified']) return false;
 return true;
 }

需要注意的是，http首部字段名是不區(qū)分大小寫的（但http method應該大寫），所以平常在瀏覽器中會看到大寫或小寫的首部字段。

但是node的http模塊將首部字段都轉(zhuǎn)成了小寫，這樣在代碼中使用起來更方便些。所以訪問header要用小寫，如reqHeaders['if-none-match']。不過，仍然可以用req.rawreq.rawHeaders來訪問原h(huán)eaders，它是一個[name1, value1, name2, value2, ...]形式的數(shù)組。

現(xiàn)在來測試一下，因為設置的緩存有效時間是極小的5s，所以強緩存幾乎不會命中，所以第二次訪問文件會發(fā)出新的請求，因為服務端文件并沒做什么改變，所以會返回304。

現(xiàn)在來修改一下請求的這張圖片，比如修改一下size，目的是讓服務端的再驗證失敗，因而必須給客戶端發(fā)送200和最新的文件。

接下來把緩存有效時間改大一些，比如10分鐘，那么在10分鐘之內(nèi)的重復請求，都會命中強緩存，瀏覽器不會向服務端發(fā)起新的請求（但network依然能觀察到這條請求）。

內(nèi)容編碼

服務器在發(fā)送很大的文檔之前，對其進行壓縮，可以節(jié)省傳輸用時。其過程是：

瀏覽器在訪問網(wǎng)站時，默認會攜帶Accept-Encoding頭

服務器在收到請求后，如果發(fā)現(xiàn)存在Accept-Encoding請求頭，并且支持該文件類型的壓縮，壓縮響應的實體主體（并不壓縮頭部），并附上Content-Encoding首部

瀏覽器收到響應，如果發(fā)現(xiàn)有Content-Encoding首部，按其值指定的格式解壓報文

對于圖片這類已經(jīng)經(jīng)過高度壓縮的文件，無需再額外壓縮。因此，我們需要配置一個字段，指明需要針對哪些類型的文件進行壓縮。

default.json

{
 ...
 "zipMatch": "^\\.(css|js|html)$"
}
static-server.js
 constructor() {
 ...
 this.zipMatch = new RegExp(config.zipMatch);
 }

用zlib模塊來實現(xiàn)流壓縮：

compressHandler(readStream, req, res) { const acceptEncoding = req.headers['accept-encoding']; if (!acceptEncoding || !acceptEncoding.match(/\b(gzip|deflate)\b/)) { return readStream; } else if (acceptEncoding.match(/\bgzip\b/)) { res.setHeader('Content-Encoding', 'gzip'); return readStream.pipe(zlib.createGzip()); } else if (acceptEncoding.match(/\bdeflate\b/)) { res.setHeader('Content-Encoding', 'deflate'); return readStream.pipe(zlib.createDeflate()); } }

因為配置了圖片不需壓縮，在瀏覽器中測試會發(fā)現(xiàn)圖片請求的響應中沒有Content-Encoding頭。

范圍請求

最后一步，使服務器支持范圍請求，允許客戶端只請求文檔的一部分。其流程是：

客戶端向服務端發(fā)起請求

服務端響應，附上Accept-Ranges頭（值表示表示范圍的單位，通常是“bytes”），告訴客戶端其接受范圍請求

客戶端發(fā)送新的請求，附上Ranges頭，告訴服務端請求的是一個范圍

服務端收到范圍請求，分情況響應：

范圍有效，服務端返回206 Partial Content，發(fā)送指定范圍內(nèi)內(nèi)容，并在Content-Range頭中指定該范圍

范圍無效，服務端返回416 Requested Range Not Satisfiable，并在Content-Range中指明可接受范圍

請求中的Ranges頭格式為（這里不考慮多范圍請求了）：

Ranges: bytes=[start]-[end]

其中 start 和 end 并不是必須同時具有：

如果 end 省略，服務器應返回從 start 位置開始之后的所有字節(jié)

如果 start 省略，end 值指的就是服務器該返回最后多少個字節(jié)

如果均未省略，則服務器返回 start 和 end 之間的字節(jié)

響應中的Content-Range頭有兩種格式：

當范圍有效返回 206 時：

Content-Range: bytes (start)-(end)/(total)

當范圍無效返回 416 時：

Content-Range: bytes */(total)

添加函數(shù)處理范圍請求：

 rangeHandler(pathName, rangeText, totalSize, res) {
 const range = this.getRange(rangeText, totalSize);
 if (range.start > totalSize || range.end > totalSize || range.start > range.end) {
 res.statusCode = 416;
 res.setHeader('Content-Range', `bytes */${totalSize}`);
 res.end();
 return null;
 } else {
 res.statusCode = 206;
 res.setHeader('Content-Range', `bytes ${range.start}-${range.end}/${totalSize}`);
 return fs.createReadStream(pathName, { start: range.start, end: range.end });
 }
 }

用 Postman來測試一下。在指定的root文件夾下創(chuàng)建一個測試文件：

testfile.js

This is a test sentence.

請求返回前六個字節(jié) ”This “ 返回 206：

請求一個無效范圍返回416：

讀取命令行參數(shù)

至此，已經(jīng)完成了靜態(tài)服務器的基本功能。但是每一次需要修改配置，都必須修改default.json文件，非常不方便，如果能接受命令行參數(shù)就好了,可以借助 yargs 模塊來完成。

var options = require( "yargs" )
 .option( "p", { alias: "port", describe: "Port number", type: "number" } )
 .option( "r", { alias: "root", describe: "Static resource directory", type: "string" } )
 .option( "i", { alias: "index", describe: "Default page", type: "string" } )
 .option( "c", { alias: "cachecontrol", default: true, describe: "Use Cache-Control", type: "boolean" } )
 .option( "e", { alias: "expires", default: true, describe: "Use Expires", type: "boolean" } )
 .option( "t", { alias: "etag", default: true, describe: "Use ETag", type: "boolean" } )
 .option( "l", { alias: "lastmodified", default: true, describe: "Use Last-Modified", type: "boolean" } )
 .option( "m", { alias: "maxage", describe: "Time a file should be cached for", type: "number" } )
 .help()
 .alias( "?", "help" )
 .argv;

瞅瞅 help 命令會輸出啥：