Node.js domain异常捕获的一些实践

转载：http://www.uml.org.cn/AJAX/201407115.asp

采用事件轮训、异步IO等机制使得Node.js能够从容应对无阻塞高并发场景，令工程师很困扰的几个理解Node.js的地方除了它的事件（回调）机制，还有一个同样头痛的是异常代码的捕获。
try/catch之痛
一般情况下，我们会将有可能出错的代码放到try/catch块里。但是到了Node.js，由于try/catch无法捕捉异步回调里的异常，Node.js原生提供uncaughtException事件挂到process对象上，用于捕获所有未处理的异常：

process.on('uncaughtException', function(err) { console.error('Error caught in uncaughtException event:', err); }); try { process.nextTick(function() { fs.readFile('non_existent.js', function(err, str) { if(err) throw err; else console.log(str); }); }); } catch(e) { console.error('Error caught by catch block:', e); }

执行的结果是代码进到了uncaughtException的回调里而不是catch块。

uncaughtException虽然能够捕获异常，但是此时错误的上下文已经丢失，即使看到错误也不知道哪儿报的错，定位问题非常的不利。而且一旦uncaughtException事件触发，整个node进程将crash掉，如果不做一些善后处理的话会导致整个服务挂掉，这对于线上的服务来说将是非常不好的。

使用domain模块捕捉异常
随Node.js v0.8版本发布了一个domain（域）模块，专门用于处理异步回调的异常，使用domain我们将很轻松的捕获异步异常：

process.on('uncaughtException', function(err) { console.error('Error caught in uncaughtException event:', err); }); var d = domain.create(); d.on('error', function(err) { console.error('Error caught by domain:', err); }); d.run(function() { process.nextTick(function() { fs.readFile('non_existent.js', function(err, str) { if(err) throw err; else console.log(str); }); }); });

运行上面的代码，我们会看到错误被domain捕获到，并且uncaughtException回调并不会执行，事情似乎变得稍微容易些了。

但是如果研究domain模块的API很快我们会发现，domain提供了好几个方法，理解起来似乎不是那么直观（其实为啥这个模块叫“域(domain)”呢，总感觉些许别扭），这里简单解释下：

首先，关于domain模块，我们看到它的稳定性是2，也就是不稳定，API可能会变更。

默认情况下，domain模块是不被引入的，当domain.create()创建一个domain之后，调用enter()方法即可“激活”这个domain，具体表现为全局的进程（process）对象上会有一个domain属性指向之前创建的这个的domain实例，同时，domain模块上有个active属性也指向这个的domain实例。、

结合should断言库测试下上面说的：

// domain was not exists by default should.not.exist(process.domain); var d = domain.create(); d.on('error', function(err) { console.log(err); }); d.enter(); // makes d the current domain process.domain.should.be.an.Object; process.domain.should.equal(domain.active); d.exit(); // makes d inactive should.not.exist(process.domain);

执行之后发现几个断言都能pass。exit()方法的意思是退出当前“域”，将会影响到后续异步异常的捕获，后面会提到。

enter和exit组合调用这样会使代码有些混乱，尤其是当多个domain混合、嵌套使用时比较难理解。

这时候可以使用run()方法，run()其实就是对enter和exit以及回调的简单封装，即：run() — callback() — exit()这样，就像上面例子中的run()一样。

还有两个方法，bind()和intercept()：

bind:

fs.readFile('non_existent.js', d.bind(function(err, buf) { if(err) throw err; else res.end(buf.toString()); }));

intercept：

fs.readFile('non_existent.js', d.intercept(function(buf) { console.log(buf); }));

用法差不多，只是intercept拦截了异步回调，如果抛出异常就自己处理掉了。

domain的隐式绑定
domain主要会影响timers模块（包括setTimeout, setInterval, setImmediate）, 事件循环process.nextTick，还有就是event。

实现的思路都差不多，都是通过注入domain代码到timer、nextTick、event模块中，在创建的时候检查当前有没有激活（active）的domain，有则记录下，如果是timer和nextTick，当在事件循环中执行回调的时候，把process.domain设置为之前记录的domain并把错误交给它处理。如果是event，多一步判断，先会把异常交给event自己定义的error事件处理。

这里要注意，如果这个domain没有绑定error事件的话，node会直接抛出错误，即使uncaughtException绑定了也没有用：

var d = domain.create(); process.on('uncaughtException', function(err) { console.error('Error caught in uncaughtException event:', err); }); d.run(function() { process.nextTick(function() { fs.readFile('non_existent.js', function(err, str) { if(err) throw err; else console.log(str); }); }); });

在这个例子里面，使用了domain捕获异常但是没有监听domain的error事件，监听了uncaughtException，但是还是抛出了异常，个人觉得觉得这里是个bug，domain没有errorHandle应该把异常交给全局的uncaughtException，后面有例子验证这一点。

还有一个小问题，同时监听了uncaughtException和domain的error事件，在node v0.8里有个bug，uncaughtException和domain都能捕获异常，0.10+已经修复。

domain的显式绑定
上面没有提到的两个API是add()和remove()，add作用是把domain创建之前创建的（EventEmitter实例）对象添加到这个domain里边，然后这个对象即可使用domain捕捉异常了，remove则相反。domain对象上有个numbers队列专门用于管理add后的对象。

这里可参考官方示例。

domain如何抛出异常

我们看node源码有这么一行：

// do this good and early, since it handles errors. startup.processFatal();

processFatal里边调用process._fatalException()，先判断是否存在process.domain，尝试把错误交给process.domain处理，如果不存在才交给uncaughtException处理，所以domain捕获异常的关键代码在node.js#L219。

这里尝试修改下上面的例子，在抛出异常前把process.domain设为null：

d.run(function() { process.domain = null; process.nextTick(function() { fs.readFile('non_existent.js', function(err, str) { if(err) throw err; else console.log(str); }); }); });

这下uncaughtException将捕获异常！

当上面提到的异常都没被捕获，进程将直接退出node.js#L280：

// if someone handled it, then great. otherwise, die in C++ land // since that means that we'll exit the process, emit the 'exit' event ... process.emit('exit', 1);

另外关于domain如何在多个不同的事件循环中传递，可以参考下这篇文章。

值得关注的是，并不是所有在domain域下创建的事件分发器（EventEmitter）上面的异步异常都能捕获：

var d = domain.create(); var msg; var Msg = function() { events.EventEmitter.call(this); this.on('msg', function(msg) { console.log(msg); }); this.send = function(msg) { this.emit('msg', msg); }; this.read = function(file) { var root = this; fs.readFile(file, function(err, buf) { if(err) throw err; else root.send(buf.toString()); }); }; }; require('util').inherits(Msg, events.EventEmitter); d.on('error', function(err) { console.error('Error caught by domain:', err); }); d.run(function() { msg = new Msg(); }); msg.read('non_existent.js');

这个例子中，msg对象虽然是在domain中实例化，但是msg.send里边fs.readFile在执行回调的时候，process.domain是undefined。

我们稍微改造下，把readFile的回调绑定到domain上，或者把msg.send()的调用放到d.run()包裹，结果可预知，能正常捕获抛出的异常。为了验证，尝试改造下readFile：

fs.readFile(file, function(err, buf) { process.domain = d; if(err) throw err; else root.send(buf.toString()); });

这样亦可捕获异常，不过实际中不要这样写，还是要采用domain提供的方法。

更好的使用domain
其实上，更推荐的做法是，如果在活动domain里面创建了事件分发器（EventEmitter）实例，我们应该尽可能的给它注册error事件，把错误都抛给这个EventEmitter实例处理，就像上面的例子，我们改造下，绑定error事件并把readFile的错误交给Msg实例处理：

this.on('error', function(err) { throw err; }); this.read = function(file) { var root = this; fs.readFile(file, function(err, buf) { if(err) root.emit('error', err); else root.send(buf.toString()); }); };

在书写Node.js代码的时候，对于事件分发器，应该养成先绑定（on()或addEventListener()）后触发（emit()）的习惯。在执行事件回调的时候，对于有可能抛异常的情况，应该把emit放到domain里去：

var d = domain.create(); var e = new events.EventEmitter(); d.on('error', function(err) { console.error('Error caught by domain:', err); }); e.on('data', function(err) { if(err) throw err; }); if(Math.random() > 0.5) { d.run(function() { e.emit('data', new Error('Error in domain runtime.')); }); } else { e.emit('data', new Error('Error without domain.')); }

根据domain#L187可知，run会把传进去的函数包装成另一个函数返回，并在这个返回的函数上设置domain：

b.domain = this;

events模块events.js#L85有这么一行：

if (this.domain && this !== process) this.domain.enter();

当调用e.emit()的时候，如果回调函数上挂有domain，则将这个domain激活，进而可以捕获异常。

domain的缺陷
有了domain，似乎异步异常捕捉已经不再是难事。Node.js允许创建多个domain实例，并允许使用add添加多个事件分发器给domain管理，，而且domain之间可以相互嵌套，而创建domain，是有一定的性能耗损的，这样带来了一个棘手的问题是：多个domain如何合理的创建与销毁，domain的运行期应该如何维护？

还有一点，domain并不能捕捉所有的异常，看这里。

domain实践
关于使用domain到集群环境，推荐都看看官方的说明：Warning: Don’t Ignore Errors!。把每一个网络请求都包在一个domain里边，捕获到异常时，不要立即退出进程，应该保证进程中其他连接正常退出之后再exit，官方推荐的是设一个定时器，过3min后退出进程，接下去做善后处理，然后应该返回应该有的错误（如500）给客户端。

对于connect或者express创建的web服务，有一个domain-middleware中间件可以直接用，它会把next包装到一个已经定制好的domain里边。

在具体应用场景，应该uncaughtException事件配合domain来用。

本篇完，欢迎补充指正，所有用到的例子都在这里。