部署超简单的Golong分布式WebSocket微服务

2020-05-19 18:04:41

使用场景

在实现业务的时候，我们常常有些需求需要系统主动发送消息给客户端，方案有轮询和长连接，但轮询需要不断的创建销毁http连接，对客户端、对服务器来说都挺消耗资源的，消息推送也不够实时。这里我们选择了WebSocket长连接的方案。

有大量的项目需要服务端主动向客户端推送消息，为了减少重复开发，我们做成了微服务。

使用于服务器需要主动向客户端推送消息、客户端需要实时获取消息的请求。例如聊天、广播消息、多人游戏消息推送、任务执行结果推送等方面。

使用流程

用Websocket客户端连接本服务，服务端会返回客户端一个的client id，通过这个client id可以知道是哪个连接，客户端拿到这个id之后上报到服务端，服务端根据业务需求可以给这个长连接发送指定信息，或者绑定到分组。

分布式方案

维持大量的长连接对单台服务器的压力也挺大的，这里也就要求该服务需要可以扩容，也就是分布式地扩展。分布式对于可存储的公共资源有一套完整的解决方案，但对于WebSocket来说，操作对象就是每一个连接，它是维持在每一个程序中的。每一个连接不能存储起来共享、不能在不同的程序之间共享。所以我能想到的方案是不同程序之间进行通讯。

那么，怎样知道某个连接在哪个应用呢？答案是通过client id去判断。那么通过client id又是如何知道的呢？有以下几种方案：

一致性hash算法
一致性hash算法是将整个哈希值空间组织成一个虚拟的圆环，在redis集群中哈希函数的值空间为0-2^32-1（32位无符号整型）。把服务器的IP或主机名作为关键字，通过哈希函数计算出相应的值，对应到这个虚拟的圆环空间。我们再通过哈希函数计算key的值，得到一个在圆环空间的位置，按顺时针方向找到的个节点就是存放该key数据的服务器节点。
在没有节点的增减的时候，可以满足我们的需求，但如果此时一个节点挂掉了或者新增一个机器怎么办？节点挂点之后，会在圆环上删除节点，增加节点则反之。这时候按顺时针方向找的数据就不准确，在某些业务上来说可以接受，但在WebSocket微服务上来说，影响范围内的连接会断掉，如果要求没那么高，客户端再进行重连也可以。
hash slot（哈希槽）
服务器的IP或者主机名作为key，对每个key进行计算CRC16值，然后对16384进行取模，得出一个对应key的hash slot。
HASH_SLOT = CRC16(key) mod 16384

以上两种方案都可以实现需求，但一致性hash算法的方案会使部分key找到的节点不准确；hash slot的方案需要维护一张虚拟表，在实现起来需要有一个功能去判断服务器是否挂了。修改这张虚拟表，新增节点也一样，在实现起来会遇到很多问题。

然后我采取的方案是，每个连接都保存在本应用，然后用对称加密加密服务器IP和端口，得到的值作为client id。对指定client id进行操作时，只需要解密这个key，就能得到相应的IP和端口。判断是否为本机，不是本机的话进行RPC通讯告诉相应的程序。长连接的连接数据不可迁移，程序挂掉了相应的连接也就挂了，在该程序上的连接也就断开了，这时重连的话会找到另一个可用的程序。

Golang实现的分布式WebSocket微服务

简介

本系统基于Golang、Redis、RPC实现分布式WebSocket微服务，也可以单机部署，单机部署不需要Redis、RPC。分布式部署可以支持nginx负责均衡、水平扩容部署，程序之间使用RPC通信。

目前实现的功能有，给指定客户端发送消息、绑定客户端到分组、给分组里的客户端批量发送消息、获取在线的客户端、上下线自动通知。适用于长连接的大部分场景，分组可以理解为聊天室，绑定客户端到分组相当于把客户端添加到聊天室，给分组发送信息相当于给聊天室的每个人发送消息。

架构图

单机服务

分布式

时序图

单发消息

客户端发送连接请求，连接请求通过nginx负载均衡找到一台ws服务器；
ws服务器响应连接请求，通过对称加密服务器IP和端口号，得到的值作为client id，并返回。
客户端拿到client id之后，交给业务系统；
业务系统拿到client id之后，通过http发送相关消息，经过nginx负载分配到一台ws服务器；
这台ws服务器拿到clinet id和消息，解密出对应的服务器IP和端口；
拿到IP地址和端口，通过PRC协议给指定ws程序发送信息；
该ws程序接收到client id和信息，给指定的连接发送信息；
客户端收到信息。

群发消息

前3个步骤跟单发的一样；
业务系统拿到client id之后，通过http给指定分组发送消息，经过nginx负载分配到一台ws服务器；
这台ws服务器拿到分组ID和消息，去Redis查询服务器列表，然后发送RPC广播；
所有收到广播的服务，找到本机所有该分组的连接；
给所有这些连接发送消息；
客户端收到信息。

使用

下载本项目：

这里已经打包好了，下载相应的环境，支持Linux、Windows、MacOS环境。

https://github.com/woodylan/go-websocket/releasesgithub.com

你也可以选择自己编译：

 git clone https://github.com/woodylan/go-websocket.git
 // 编译适用于本机的版本
 go build
 
 // 编译Linux版本
 CGO_ENABLED= GOOS=linux GOARCH=amd64 go build
 
 // 编译Windows 64位版本
 CGO_ENABLED= GOOS=windows GOARCH=amd64 go build
 
 // 编译MacOS版本
 CGO_ENABLED= GOOS=darwin GOARCH=amd64 go build

执行：

编译成功之后会得到一个二进制文件go-websocket，执行该二进制文件，文件名后面跟着的是端口号，下面的命令666则表示端口号，你可以可以改成其他的。

 ./go-websocket 666

连接测试：

打开支持Websocket的客户端，输入 ws://127.0.0.1:666/ws 进行连接，连接成功会返回clientId。

单机部署

单机部署很简单，不需要配置Redis、RabbitMQ，只需要编译然后运行该二进制文件就可以了，步骤如上。

分布式部署

安装Redis： 参考网上教程

配置文件：

配置文件位于项目根目录的configs/config.ini，cluster为true表示分布式部署。

 [common]
 # 是否分布式部署
 cluster = true
 # 对称加密key 16位
 crypto_key = xxxxxxxxxxxxxxxx
 
 [redis]
 host = 127.0.0.1
 port = 6379
 password =

运行项目：

在不同的机器运行本项目，注意配置号端口号，项目如果在同一机器，则必须用不同的端口。你可以用supervisor做进程管理。

配置Nginx负载均衡：

  upstream ws_cluster {
     server 127.0.0.1:666;
     server 127.0.0.1:667;
 }
 
 server {
     listen  660;
     server_name ws.example.com;
 
     access_log /logs/access.log;
     error_log /logs/error.log;
     
     location /ws {
         proxy_pass http://ws_cluster; # 代理转发地址
         proxy_http_version 1.1;
 
         proxy_read_timeout 60s; # 超时设置
 
         # 启用支持websocket连接
         proxy_set_header Upgrade $http_upgrade;
         proxy_set_header Connection "upgrade";
         proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
     }
 
     location /api {
         proxy_set_header X-Forwarded-For $remote_addr;
         proxy_set_header Host            $http_host;
 
         proxy_pass http://ws_cluster; # 代理转发地址
     }
 }