使用 Traefik 提高 WebSocket 应用性能

说起 Node.js 的 WebSocket 方案,可选的方案有许多种,其中许多方案都提供将 WS 服务端口和 HTTP 服务复用的方案,然而这种方案真的是最佳选择吗。

不论是专业做实时通信的 socket.io ,还是用户量最大的 Express 的热门中间件 express-ws 都支持端口复用,比如 WS 和 HTTP 复用 80 端口, WSS 和 HTTPS 复用 443 端口。

这里以 express-ws 底层封装的ws库为例,来简单剖析,socket.io 实现类似不过分层较多,有兴趣可以围观代码。

不过在聊 Traefik 之前,我们先得聊聊 Node.js 和 Websocket。

关于同域名端口复用

先说结论,优点:

使用简单,尤其是整个项目代码量少的时候。

服务域名复用,不需要额外进行域名解析。

能够简单获取 HTTP 请求中的会话信息,进行简单的验证操作,能够代码级复用逻辑。

缺点也很明显:

因为复用端口,对于每个数据都需要甄别是应该交给 Express 处理还是 WS 处理,存在性能损耗,如果需要进行压缩等操作,会有更多的损耗。

相同域名不易进行业务水平扩展,比如需要支持更多的实时业务,原本扩容3实例的 WS 服务即可,由于耦合,不得不将整个服务进行扩展,存在更多资源的损耗。

由于耦合,复杂度相比较“各自独立”的版本高,在维护过程,如果修改底层代码,难免会让两个服务都不够健壮稳定。

从代码实现角度围观端口复用

express-ws 进行端口复用的时候,会进行大量 hacks 操作,包括扩展路由、改写请求地址添加特殊标记、重写默认响应头…

下面这段示例是官方给出的端口复用的例子。

varexpress =require('express');

varapp = express();

varexpressWs =require('express-ws')(app);

app.use(function(req, res, next){

console.log('middleware');

req.testing ='testing';

returnnext();

});

app.get('/',function(req, res, next){

console.log('get route', req.testing);

res.end();

});

app.ws('/',function(ws, req){

ws.on('message',function(msg){

console.log(msg);

});

console.log('socket', req.testing);

});

app.listen(3000);

实际使用的时候,访问 WS 的 /,会访问 Express 的 /.websocket?,并使用中间件注入处理过程的方式,抢在默认处理前使用 ws替换处理过程,修改响应头,输出处理后的内容,并调用 res.end 结束流程。

在路由越来越多、请求量越来越多的情况下,会存在很多不必要的损耗。

如何进行服务拆分

如果不需要端口复用,其实直接使用 ws 来监听独立的新端口即可,参考官方示例,可以很轻松的写出这样一个例子:

constWebSocket =require('ws');

constwss =newWebSocket.Server({

port:8080,

perMessageDeflate: {

zlibDeflateOptions: {// See zlib defaults.

chunkSize:1024,

memLevel:7,

level:3,

},

zlibInflateOptions: {

chunkSize:10*1024

},

// Other options settable:

clientNoContextTakeover:true,// Defaults to negotiated value.

serverNoContextTakeover:true,// Defaults to negotiated value.

clientMaxWindowBits:10,// Defaults to negotiated value.

serverMaxWindowBits:10,// Defaults to negotiated value.

// Below options specified as default values.

concurrencyLimit:10,// Limits zlib concurrency for perf.

threshold:1024,// Size (in bytes) below which messages

// should not be compressed.

}

});

wss.on('connection',functionconnection(ws){

ws.on('message',functionincoming(message){

console.log('received: %s', message);

});

ws.send('something');

});

server.listen(8080);

HTTP 服务监听在另外一个端口,可以参考 Express 最简单的示例:

const express =require('express')

const app = express()

app.get('/',(req, res)=>res.send('Hello World!'))

app.listen(3000,()=>console.log('Example app listening on port 3000!'))

这里分别将代码片段进行保存,当你分别使用 Node.js 执行它的时候,你将会得到监听 3000 端口和 8080 端口的简单服务,支持使用 WS 和 HTTP 进行数据交互。

这样的服务的优势和不足

优势:

可以轻松针对不同协议的服务进行扩容操作。

彼此运行时资源隔离,安全性和稳定性更好。

可以使用相同域名、不同端口部署,也可以使用不同域名,默认端口进行部署,部署选择也更多。

劣势:

在不依赖 RDS 、Redis Cache 等方案的前提下,请求之间的数据难以共享。

如果需要都使用默认端口进行部署,那么需要额外进行一个域名的解析。

搭配 Traefik 使用

我将 SSL 证书挂载和 HTTP 压缩放在 Traefik 端处理,相比较 Node.js 来做,一来可以保障业务代码功能独立纯粹,二来性能确实不如它,而且维护起来也比较麻烦(证书管理)。

对于接入网关的服务,只要声明提供 HTTP 和 WS 的端口和对应的域名即可,程序启动之后,Traefik 会自动将应用挂载到对应域名上,并支持 HTTP(S) 和 WS(S)的服务。

为图简便,我将上面的代码片段保存为一个基础镜像,交付给编排工具使用。

如果你将上面的代码片段保存为一个文件,可以试试下面的配置:

使用上面的配置运行之后,你会发现原本的 3000 端口和 8080 端口,都被“改写”成为了 80 和 443 端口上了,Web 应用使用的时候,便不用额外写入“丑陋”的端口号了,但是这样的配置不利于服务扩展,在端口复用优劣小节中我提到过。

那么,如果你有意将代码进行拆分,那么可以试试下面的配置:

version: '3'

services:

web:

image: docker.lab.com/example.lab.com:0.0.1

restart: always

labels:

-"traefik.enable=true"

-"traefik.web.port=3000"

-"traefik.web.frontend.rule=Host:web.soulteary.com"

networks:

- traefik

expose:

- 3000

extra_hosts:

-"web.soulteary.com:127.0.0.1"

ws:

image: docker.lab.com/example.lab.com:0.0.1

restart: always

labels:

-"traefik.enable=true"

-"traefik.ws.port=8080"

-"traefik.ws.frontend.rule=Host:ws.soulteary.com"

networks:

- traefik

expose:

- 8080

extra_hosts:

-"ws.soulteary.com:127.0.0.1"

networks:

traefik:

external: true

扩容也很简单,如果你要以 2:3 的比例运行不同协议的话,只需要:

docker-compose scale web=2 ws=3

其他

如果你还在使用 ajax polling 或许这个方案可以给你更好的体验。

如果你对 Traefik 期望有更多的了解,也欢迎和我沟通讨论。

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