一个Java码农的Node之旅

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：

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。

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：

系统架构：

设计下大致的架构:

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：



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：



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：



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：
拉取最新的脏词列表，转换为简体中文并写入LevelDB中。
使用nodejieba进行中文分词：曹操(n)/在(p)/操场(n)/操(v)/美女(n)
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。
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:

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。