精读《如何利用 Nodejs 监听文件夹》

1 引言

本期精读的文章是:How to Watch for Files Changes in Node.js,探讨如何监听文件的变化。

如果想使用现成的库,推荐 chokidarnode-watch,如果想了解实现原理,请往下阅读。

2 概述

使用 fs.watchfile

使用 fs 内置函数 watchfile 似乎可以解决问题:

fs.watchFile(dir, (curr, prev) => {});

但你可能会发现这个回调执行有一定延迟,因为 watchfile 是通过轮询检测文件变化的,它并不能实时作出反馈,而且只能监听一个文件,存在效率问题。

使用 fs.watch

使用 fs 的另一个内置函数 watch 是更好的选择:

fs.watch(dir, (event, filename) => {});

watch 通过操作系统提供的文件更改通知机制,在 Linux 操作系统使用 inotify,在 macOS 系统使用 FSEvents,在 windows 系统使用 ReadDirectoryChangesW,而且可以用来监听目录的变化,在监听文件夹的场景中,比创建 N 个 fs.watchfile 效率高出很多。

$ node file-watcher.js
[2018-05-21T00:55:52.588Z] Watching for file changes on ./button-presses.log
[2018-05-21T00:56:00.773Z] button-presses.log file Changed
[2018-05-21T00:56:00.793Z] button-presses.log file Changed
[2018-05-21T00:56:00.802Z] button-presses.log file Changed
[2018-05-21T00:56:00.813Z] button-presses.log file Changed

但当我们修改一个文件时,回调却执行了 4 次!原因是文件被写入时,可能触发多次写操作,即使只保存了一次。但我们不需要这么敏感的回调,因为通常认为一次保存就是一次修改,系统底层写了几次文件我们并不关心。

因而可以进一步判断是否触发状态是 change:

fs.watch(dir, (event, filename) => {
  if (filename && event === "change") {
    console.log(`${filename} file Changed`);
  }
});

这样做可以一定程度解决问题,但作者发现 Raspbian 系统不支持 rename 事件,如果归类为 change,会导致这样的判断毫无意义。

作者要表达的意思是,在不同平台下,fs.watch 的规则可能会不同,原因是 fs.watch 分别使用了各平台提供的 api,所以无法保证这些 api 实现规则的统一性。

优化方案一:对比文件修改时间

基于 fs.watch,增加了对修改时间的判断:

let previousMTime = new Date(0);

fs.watch(dir, (event, filename) => {
  if (filename) {
    const stats = fs.statSync(filename);
    if (stats.mtime.valueOf() === previousMTime.valueOf()) {
      return;
    }
    previousMTime = stats.mtime;
    console.log(`${filename} file Changed`);
  }
});

log 由 4 个变成了 3 个,但依然存在问题。我们认为文件内容变化才算有修改,但操作系统考虑的因素更多,所以我们再尝试对比文件内容是否变化。

笔者补充:另外一些开源编辑器可能先清空文件再写入,也会影响到触发回调的次数。

优化方案二:校验文件 md5

只有文件内容变化了,才认为触发了改动,这下总可以了吧:

let md5Previous = null;

fs.watch(dir, (event, filename) => {
  if (filename) {
    const md5Current = md5(fs.readFileSync(buttonPressesLogFile));
    if (md5Current === md5Previous) {
      return;
    }
    md5Previous = md5Current;
    console.log(`${filename} file Changed`);
  }
});

log 终于由 3 个变成了 2 个,为什么多出一个?可能的原因是,在文件保存过程中,系统可能会触发多个回调事件,也许存在中间态。

优化方案三:加入延迟机制

我们尝试延迟 100 毫秒进行判断,也许能避开中间状态:

let fsWait = false;
fs.watch(dir, (event, filename) => {
  if (filename) {
    if (fsWait) return;
    fsWait = setTimeout(() => {
      fsWait = false;
    }, 100);
    console.log(`${filename} file Changed`);
  }
});

这下 log 变成一个了。很多 npm 包在这里使用了 debounce 函数控制触发频率,才将触发频率修正。

而且我们需要结合 md5 与延迟机制共同作用,才能得到相对精准的结果:

let md5Previous = null;
let fsWait = false;
fs.watch(dir, (event, filename) => {
  if (filename) {
    if (fsWait) return;
    fsWait = setTimeout(() => {
      fsWait = false;
    }, 100);
    const md5Current = md5(fs.readFileSync(dir));
    if (md5Current === md5Previous) {
      return;
    }
    md5Previous = md5Current;
    console.log(`${filename} file Changed`);
  }
});

3 精读

作者讨论了一些实现文件夹监听的基本方式,可以看出,使用了各平台原生 API 的 fs.watch 并不那么靠谱,但这也我们监听文件的唯一手段,所以需要基于它进行一系列优化。

而实际场景中,还需要考虑区分文件夹与文件、软连接、读写权限等情况。

另外用在生产环境的库,也基本使用 50 到 100 毫秒解决重复触发的问题。

所以无论 chokidarnode-watch,都大量使用了文中提及的技巧,再加上对边界条件的处理,对软连接、权限等情况处理,将所有可能情况都考虑到,才能提供较为准确的回调。

比如判断文件写入操作是否完毕,也需要通过轮询的方式:

function awaitWriteFinish() {
  // ...省略
  fs.stat(
    fullPath,
    function(err, curStat) {
      // ...省略

      if (prevStat && curStat.size != prevStat.size) {
        this._pendingWrites[path].lastChange = now;
      }

      if (now - this._pendingWrites[path].lastChange >= threshold) {
        delete this._pendingWrites[path];
        awfEmit(null, curStat);
      } else {
        timeoutHandler = setTimeout(
          awaitWriteFinish.bind(this, curStat),
          this.options.awaitWriteFinish.pollInterval
        );
      }
    }.bind(this)
  );
  // ...省略
}

可以看出,第三方 npm 库都采取不信任操作系统回调的方式,根据文件信息完全重写了判断逻辑。

可见,信任操作系统的回调,就无法抹平所有操作系统间的差异,唯有统一重写文件的 “写入”、“删除”、“修改” 等逻辑,才能保证在全平台的兼容性。

4 总结

利用 nodejs 监听文件夹变化很容易,但提供准确的回调却很难,主要难在两点:

  1. 抹平操作系统间的差异,这需要在结合 fs.watch 的同时,增加一些额外校验机制与延时机制。
  2. 分清楚操作系统预期与用户预期,比如编辑器的额外操作、操作系统的多次读写都应该被忽略,用户的预期不会那么频繁,会忽略极小时间段内的连续触发。

另外还有兼容性、权限、软连接等其他因素要考虑,fs.watch 并不是一个开箱可用的工程级别 api。

5 更多讨论

讨论地址是:精读《如何利用 Nodejs 监听文件夹》 · Issue #87 · dt-fe/weekly

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