Tl;dr Lapis(Lua) = RoR(Ruby) = Django(Python)
Вступление
Lua — мощный и быстрый скриптовый язык, который очень легко встраивается в C. Разработан в PUC-Rio (Бразилия).
LuaJIT — это самая быстрая реализация Lua (JIT-компилятор), настоящее произведение искусства. По некоторым оценкам, имеет шестикратное преимущество перед стандартным интерпретатором Lua и во многих тестах побивает V8. Разработчик Mike Pall (Германия).
А ещё LuaJIT может привязать функции и структуры C на стороне Lua (без написания привязок на C):
local ffi = require("ffi")
ffi.cdef[[int printf(const char *fmt, ...);]]
ffi.C.printf("Hello %s!n", "wiki")
Nginx — один из самых эффективных веб-серверов, разработанный Игорем Сысоевым. Многие крупные сайты используют Nginx. Начиная с версии 0.8 появилась возможность напрямую встраивать язык Lua. Lua исполняется в самом процессе Nginx, а не выносится в отдельный процесс, как это происходит в случае с другими языками. Код на Lua в контексте Nginx выполняется в неблокирующем режиме, включая запросы к БД и внешние HTTP-запросы, порожденные веб-приложением (например, запрос к API другого сайта).
OpenResty — это сборка Nginx с множеством сторонних модулей, в том числе для неблокирующего доступа к популярным БД. Последние версии используют LuaJIT для исполнения Lua. Разработчик Yichun Zhang (США, место работы: CloudFlare, основной разработчик lua-nginx-module).
Sailor MoonScript — это скриптовый язык, который транслируется в Lua. Добавляет синтаксический сахар, упрощает написание некоторых вещей, например списковых выражений; реализует классы с наследованием. Можно сказать, что MoonScript для Lua — это CoffeeScript для JavaScript. Разработчик Leaf Corcoran (США).
Lapis — это веб-фрейморк для написания веб-приложений на Lua и MoonScript, который живёт внутри OpenResty. Разработчик Leaf Corcoran (США).
Какое же преимущество дает Lua в Nginx?
Tl;dr Все возможности языка высокого уровня и эффективное использование ресурсов при больших нагрузках
Для ответа вернёмся в далёкое прошлое, когда все сайты обслуживались веб-сервером Apache.
Задержки вносят красные узлы и ребра графа. Желтым закрашены компоненты, расположенные на одной машине.
Аpache выделял отдельный поток операционной системы, который читал запрос, выполнял обработку и отправлял результат пользователю. (Современный Apache можно научить так не делать.) Получается, сколько активных запросов, столько и потоков ОС, а они стоят дорого. Бóльшая часть времени жизни потока при такой схеме расходуется не на обработку запроса, а на передачу данных по сети, лимитированную скоростью интернета у пользователя.
Как с этим бороться? Надо поручить операционной системе следить за передачей данных, чтобы нашему веб-серверу работать только тогда, когда сеть выполнила очередную задачу. Такой подход называется неблокирующим вводом-выводом и реализуется в большинстве современных ОС. Веб-сервер Nginx использует эту возможность, за счёт чего может обслуживать десятки тысяч одновременных запросов, используя всего один поток ОС.
Таким образом мы оптимизировали передачу данных между браузером и веб-сервером, но есть ещё одно узкое место, на котором простаивают потоки ОС: работа с базой данных и внешними ресурсами (например, HTTP-API другого сайта). Важно понять, что дело не столько в неизбежных задержках самой базы данных или внешнего API, а в том, что наше веб-приложение бездарно простаивает, пока не получит от них ответ.
Обычное решение: уже в самом веб-приложении наплодить потоков, от которых мы так успешно избавились в веб-сервере. Эффективное решение: сделать так, чтобы веб-приложение и база данных общались неблокирующим способом. Веб-приложение направляет запрос в базу данных и сразу же переходит к следующему запросу от пользователя. База данных считает, возвращает результат, а веб-приложение, когда освободится, возвращается к обработке запроса от пользователя, породившего данный запрос к базе данных. Такой подход используется, например, в node.js:
БД и внешние API по-прежнему закрашены красным, так как они могут вносить задержку. Преимущество подхода в том, что веб-приложение не просто так их ждёт, а обрабатывает в это время другие запросы.
Замечательно! Теперь посмотрим, как происходит программирование внешних HTTP-запросов в node.js:
var request = require("request");
request.get("http://www.whatever.com/my.csv", function (error, response, body) {
if (!error && response.statusCode == 200) {
console.log("Got body: " + body);
}
});
Допустим, мы хотим скачать файл по URL и что-то с ним сделать. Результат приходится обрабатывать в лямбда-функции. Неудобно? Это неизбежная плата за асинхронность? К счастью, это не так; посмотрим аналогичный код в Lapis:
local http = require("lapis.nginx.http")
local body, status_code, headers = http.simple("http://www.whatever.com/my.csv")
if status_code == 200 then
print(body)
end
Код для Lapis писать удобно, как будто он синхронный, но за кулисами он исполняется полностью асинхронно. Это возможно благодаря активному использованию сопрограмм (coroutines, green threads, а в терминологии Lua просто threads). Весь код, обрабатывающий запрос от пользователя, исполняется в отдельной сопрограмме, а сопрограммы могут останавливаться и продолжаться в определенных местах. В нашем примере такое место было внутри вызова функции http.simple.
Почему же сопрограммы эффективнее потоков ОС? Не перетащили ли мы все накладные расходы в приложение? На самом деле, ключевым отличием сопрограмм от потоков ОС является свобода программиста, в каком именно месте сопрограмма засыпает и просыпается. (В случае потоков ОС решение принимает ОС.) Начали запрос к БД — усыпили сопрограмму, породившую запрос. Пришёл ответ от БД — будим сопрограмму и продолжаем её исполнение. Выполняем одновременно много дел и всё в одном потоке ОС!
Примечание. Похожий механизм вот-вот появится в node.js.
Примечание. Советую прочитать замечательную статью про сопрограммы в контексте C++. В конце статьи получился асинхронный код, записываемый как синхронный, и всё благодаря сопрограммам. Жалко, что в C++ сопрограммы являются скорее хаком, чем общепринятым приёмом.
Помимо этого, Lapis исполняется непосредственно в Nginx, что исключает накладные расходы на передачу информации между Nginx и веб-приложением. Конечно, node.js можно использовать как основной веб-сервер, без Nginx, но тогда пропадает возможность использовать разные возможности Nginx.
С другой стороны, не каждый решится пустить код на Lua прямо в основной Nginx. В таком случае запускаем отдельный Nginx с Lua от имени отдельного пользователя с урезанными правами, а в основном Nginx прописываем прокси.
Эффективность Lapis подтверждается в 10-гигабитном бенчмарке. Lapis занимает лидирующие места на уровне языков C++ и Java.
Lapis
1 апреля 2014 года на Хабре была опубликована первоапрельская статья «LUA в nginx: лапшакод в стиле inline php». В статье рассматривался шуточный код, реализующий PHP-подобные шаблоны на Lua. В комментариях к той же статье упомянули о Lapis. Других упоминаний о Lapis на Хабре я не нашел, поэтому решил написать сам.
Писать Hello World скучно. Давайте вместо этого напишем простенький веб-прокси на Lapis.
Установка OpenResty
Установите perl 5.6.1+, libreadline, libpcre и libssl и убедитесь, что доступна команда ldconfig (её родительская папка может отсутствовать в PATH).
$ wget http://openresty.org/download/ngx_openresty-1.7.4.1.tar.gz
$ tar xzvf ngx_openresty-1.7.4.1.tar.gz
$ cd ngx_openresty-1.7.4.1/
$ ./configure
$ make
# make install
Установка Lapis
Сначала надо установить LuaRocks (есть в основных дистрибутивах).
# luarocks install lapis
Создаем веб-приложение
Создаем костяк сайта:
$ lapis new --lua
wrote nginx.conf
wrote mime.types
wrote app.lua
Если бы мы не передали опцию --lua, то был бы создан костяк на языке MoonScript.
Теперь реализуем в app.lua логику нашего приложения: на главной странице сайта отображается форма для ввода URL. Форма отправляется на /geturl, где происходит загрузка страницы по указанному URL и передача содержимого в браузер пользователя.
local lapis = require("lapis")
local app = lapis.Application()
local http = require("lapis.nginx.http")
app:get("/", function(self)
return [[
<form method="POST" action="/geturl">
<input type="text" value="http://ip4.me/" name="url" />
<input type="submit" value="Get" />
</form>
]]
end)
app:post("/geturl", function(self)
local url = self.req.params_post.url
local body, status_code, headers = http.simple(url)
return body
end)
return app
Главная страница просто выдает HTML-код с формой. Двойные квадратные скобки — ещё одно обозначения для строк в Lua. Страница /geturl получает POST-запрос от формы, достает из него URL, вписанный пользователем в форму, скачивает содержимое по этому URL при помощи функции http.simple (поток ОС при этом не блокируется, см. выше) и показывает результат пользователю.
Для работы http.simple нужно изменить nginx.conf:
location / {
set $_url "";
default_type text/html;
content_by_lua '
require("lapis").serve("app")
';
}
location /proxy {
internal;
rewrite_by_lua '
local req = ngx.req
for k,v in pairs(req.get_headers()) do
if k ~= "content-length" then
req.clear_header(k)
end
end
if ngx.ctx.headers then
for k,v in pairs(ngx.ctx.headers) do
req.set_header(k, v)
end
end
';
resolver 8.8.8.8;
proxy_http_version 1.1;
proxy_pass $_url;
}
Этот код создает в Nginx location /proxy, через который Lua совершает внешние запросы. В главный location нужно добавить set $_url ""; Подробнее об этом написано в документации.
Запустим наш веб-прокси:
$ lapis server
Нажимаем на кнопку «Get». Сайт ip4.me показывает IP-адрес сервера, на котором запущен Lapis.
Если в URL отсутствует path, то в качестве path используется /proxy. Видимо, это баг Lapis'а, по которому уже составлен отчёт.
Заключение
В Lapis, Lua и Nginx есть ещё много интересного, например, асинхронная работа с БД Postgres, классы-обертки для объектов БД, генерация HTML, мощный язык шаблонов etlua, кеширование переменных между разными процессами-рабочими Nginx, защита от CSRF, два инструмента для тестирования и интерактивная Lua-консоль прямо в браузере. Если статья найдёт читателя, я продолжу рассказ о Lapis в других статьях.
Без сомнения, Lapis давно перерос уровень первоапрельской шутки и стремительно набирает позиции в сообществе веб-разработчиков. Желаю приятного изучения этих перспективных технологий!
Ссылки
- документация по Lapis (меню спрятано слева, а сверху есть переключение между Lua и MoonScript)
- подборка хороших ссылок по Lua (проекты + учебники)
- документация по HttpLuaModule
- язык MoonScript
- мнения об использовании сопрограмм в Web: пессимистичное, оптимистичное
- исходные коды материалов статьи доступны на GitHub
Автор: starius
