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一个Java码农的Node之旅

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声明: CSDN作者原创投稿文章,未经许可,禁止转载。
作者:蔡伟伟,本科毕业于同济大学,从事Java开发多年,后端码农一枚。先后从事ETL、AdHoc报表、垂直爬虫、App制作云服务、动态用户分群等产品的设计研发工作。在互联网领域混迹多年,各方面均有所涉猎。现任MaxLeap数据分析组开发人员,负责Hadoop、Spark相关的分析系统架构设计与开发。
责编:钱曙光,关注架构和算法领域,寻求报道或者投稿请发邮件qianshg@csdn.net,另有「CSDN 高级架构师群」,内有诸多知名互联网公司的大牛架构师,欢迎架构师加微信qshuguang2008申请入群,备注姓名+公司+职位。

本篇是一个Node新手做完实际项目后的心得总结。

摘要

如果BOSS要求你在短期内快速实现一套聊天云服务平台,实现成本主要是:

  • 要维护社交关系,一大波僵尸POJO正在袭来。
  • 要存储数据库,找个ORM工具。
  • 长连接吧方面是WebSocket标准,亦或Netty、Mina系的框架。
  • 连接断了需要实现下重连机制吧?服务器端写完了还有客户端,也需要帮助指导下实现,问题诸多。

我们的征途是偷懒

如果有现成的轮子偷懒的话,socket.io比较适合:

  • 轻量级、扩展便捷、API简单易用。
  • 周边完善,重连、路由、隔离、单播、广播等都已实现。
  • 丰富的客户端支持,涵盖了浏览器端、Android、iOS。

在仔细研读了Flexi传授如何说服自己的老板采用Node.js,并成功说服BOSS后,正式开始自己的Node之旅。

工欲善其事必先利其器

开发环境

对于开发环境,无论你是使用编辑器/编辑器之神,或是sublime/atom/npp之类,亦或是WebStorm高富帅有钱任性,都是很不错的选择。

Supervisor可以帮你watch代码变更,自动重启服务,从而节省了手工重启程序的时间。

关于调试

  • 高富帅款:WebStorm
  • 高逼格款:原始打断点
  • 屌丝款:node-inspector,可以在Chrome中直接调试,强烈推荐:

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离不开的中间件

首先,勾勒出一个核心的聊天系统大致的雏形:

基本功能

  • 集群实现
  • 敏感词过滤

好友

  • 加好友,删好友
  • 好友之间聊天,发文字发图片发音频发视频啥的

群组

  • 创建,加入,退出群组
  • 群组内广播聊天

聊天历史记录

扩展与周边

  • 集群实现
  • 敏感词过滤

分析下大致需要的存储层和中间件以及是否有相关的Node实现:

  • MySQL:存储一些重要的元数据,主要是用户关系类的,需要事务支持。(node-mysql)
  • ZooKeeper:用户在线离线状态存储。(node-zookeeper-client)
  • Redis:使用缓存加速一些查询,PubSub特性用于实现集群通讯。(ioredis)
  • HBase:典型的列式存储,用于实现一些非核心数据的快速存储查询。(hbase-rpc-client)
  • LevelDB:本地快速读写一些键值对。(LevelUP)

技术栈

对比

常年滋润在Java这片润土之上,先来做个比较,让我们对陌生的技术栈有所了解。

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ES6

ES6是个好东西, 我觉得比较好用的三点:

  • const: 可以方便地对不可变的东西进行声明。
  • let: 只JavaScript初学者不用担忧不知不觉把变量提升的问题。
  • lambda表达式: 神器。

核心实现

流程时序

仔细思考,勾勒出大致的时序图:

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系统架构:

设计下大致的架构:

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步步为赢,各个击破

状态管理

典型的IM系统中必然存在用户在线离线的状态。每一个在线状态,对于服务器来说,等价于与客户端存在一个Socket连接。所以对于单机环境下,在内存中维护用户和Socket的关系即可,当Socket连接和断开时分别做更新操作。当切换至集群环境时,情况变得稍微复杂,所以我们需要借助ZooKeeper来实现。除了本机每个用户与Socket关联关系,另外以临时节点的方式在ZooKeeper中进行存储,目录结构为根节点/命名空间/用户标识/Socket标识(临时节点)。当socket连接被建立的时候,创建对应的临时节点,socket断开时移除临时节点。当服务器意外退出时,除了socket连接全部断开之外,在其ZooKeeper session上的所有对应的临时节点也会被销毁。SocketIO的重连机制会尝试重连至其他伺服器并重新建立起对应关系。

优点:

  • 判断一个用户是否在线只需判断用户标识节点的numChildren是否大于零即可。
  • 获取用户所有已连接的Socket只需读取用户标识下的所有孩子节点即可。

缺点:

  • 多了额外读写ZooKeeper的开销。

用途:

  • 实现集群的基础
  • 有了状态判定才能实现离线消息推送

好友关系、群组关系

关系表原本存储于HBase,但因为缺乏事务支持,实际效果不佳,经常导致关系不一致。传统关系型数据库在这一方面依旧强势。这块比较简单,即常见的关系模型表,在此略过。

点对点聊天实现

单机

A对B发送消息,除了基础的权限判定,只需查询内存表中对应B的所有socket,然后对其发射消息即可。见下图:

图片描述

集群

由于B可能登录在不同的服务器上,需要借助消息中间件(Redis Pub/Sub),发布消息,每个服务器订阅消息列表,如果存在消息接收者,则找到其注册在本机的socket进行发射消息。流程如下图:

图片描述

广播聊天实现

广播类似以上的点对点实现,只是多了一步查询成员表依次处理的步骤。此处略。

聊天历史记录的实现

考虑到只需要根据时间范围做分页查询的简单需求,这里使用了HBase的宽表。点对点形式的聊天我们可以对两个用户标识进行排序,并结合命名空间生成唯一的哈希值,作为行健,而每个CELL的值则是时间戳,因为我们需要令其自然倒序排列,所以针对时间戳做了LONG。MAX-时间戳的处理。综合起来,大致的存储结构如下:

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敏感词过滤

维护脏词字典,对消息进行字符串替换?为了实现正确辨认“曹操在操场操美女”中的动词“操”,需要实现中文分词和词性判断,于是处理逻辑转变成:

  1. 拉取最新的脏词列表,转换为简体中文并写入LevelDB中。
  2. 使用nodejieba进行中文分词:曹操(n)/在(p)/操场(n)/操(v)/美女(n)
  3. 对分词后的名词和动词转换为简体中文并查询LevelDB,命中则替换。
  4. 返回替换后的字符串得到:曹操在操场*美女

打包部署

PM2

Node本身是单线程的,虽然Node本身提供Cluster模块,但需要修改代码。通过PM2这个工具可以简便地让其多进程部署,充分利用多核CPU资源:

图片描述

Docker

可以使用官方的node镜像。但体积比较大,这里推荐基于alpine-node,体积比较小巧,例如:

FROM mhart/alpine-node:4

RUN apk add --no-cache make gcc g++ python

RUN apk add --no-cache imagemagick

WORKDIR /src
ADD . .
RUN npm install --registry=http://registry.npm.taobao.org/

EXPOSE 3000
CMD ["npm","start"]

C1000K测试

著名的单机100万连接,由于项目是第一个版本,限于各方面原因我们暂时没有完成这个测试。但在这里简短介绍所需的一些配置,以备后续使用:

服务器端

  • 修改tcp连接的最小内存为4k, 编辑/etc/sysctl.conf
net.ipv4.tcp_wmem = 4096 87380 4161536
net.ipv4.tcp_rmem = 4096 87380 4161536
net.ipv4.tcp_mem = 786432 2097152 3145728
  • 修改系统最大文件描述符, 编辑/etc/sysctl.conf
fs.file-max = 1000000
  • 修改进程最大文件描述符, 编辑/etc/security/limits.conf
*         hard    nofile      1000000
*         soft    nofile      1000000
root      hard    nofile      1000000
root      soft    nofile      1000000
  • 重载下配置(sysctl -p)或者重启,检查下当前的设置 cat /proc/sys/fs/file-nr

*客户端

  • 因为每个IP最多可以创建6万多个连接,不可能找很多服务器进行测试。所以客户端除了上述修改,还需要创建多个虚拟IP,这样每个IP可以提供大约6万的连接,如:
 ifconfig eth0:0 192.168.77.10 netmask 255.255.255.0 up
 ifconfig eth0:1 192.168.77.11 netmask 255.255.255.0 up
 ifconfig eth0:2 192.168.77.12 netmask 255.255.255.0 up
 ifconfig eth0:3 192.168.77.13 netmask 255.255.255.0 up
 ifconfig eth0:4 192.168.77.14 netmask 255.255.255.0 up
 ifconfig eth0:5 192.168.77.15 netmask 255.255.255.0 up
 ifconfig eth0:6 192.168.77.16 netmask 255.255.255.0 up
 ifconfig eth0:7 192.168.77.17 netmask 255.255.255.0 up
 ifconfig eth0:8 192.168.77.18 netmask 255.255.255.0 up
 ifconfig eth0:9 192.168.77.19 netmask 255.255.255.0 up
 ifconfig eth0:10 192.168.77.20 netmask 255.255.255.0 up
 ifconfig eth0:11 192.168.77.21 netmask 255.255.255.0 up
 ifconfig eth0:12 192.168.77.22 netmask 255.255.255.0 up
 ifconfig eth0:13 192.168.77.23 netmask 255.255.255.0 up
 ifconfig eth0:14 192.168.77.24 netmask 255.255.255.0 up
 ifconfig eth0:15 192.168.77.25 netmask 255.255.255.0 up
 ifconfig eth0:16 192.168.77.26 netmask 255.255.255.0 up
 ifconfig eth0:17 192.168.77.27 netmask 255.255.255.0 up
 ifconfig eth0:18 192.168.77.28 netmask 255.255.255.0 up
  • 修改本地端口范围,编辑/etc/sysctl.conf
    net.ipv4.ip_local_port_range = 1024 65535
  • 重载配置或重启开始测试

总结

存在即合理,不要卷入无谓的语言之争,本猿觉得干这行的最重要莫过于学习能力。
写代码之前先理清楚思路和结构,不打没有准备的仗。

良好的代码规范,遵循KISS原则。

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