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实现一个简单的服务端推方案

老王 发表于 2012年09月28日 16:34 | Hits: 2490
Tag: Technical | Lua | Nginx

客户端和服务端的交互有和拉两种方式:如果是客户端拉的话,通常就是Polling;如果是服务端推的话,一般就是Comet,目前比较流行的Comet实现方式是Long Polling。

注:如果不清楚相关名词含义,可以参考:Browser 與 Server 持續同步的作法介紹

先来看看Polling,它其实就是我们平常所说的轮询,大致如下所示:

Polling

Polling

因为服务端不会主动告诉客户端它是否有新数据,所以Polling的实时性较差。虽然可以通过加快轮询频率的方式来缓解这个问题,但相应付出的代价也不小:一来会使负载居高不下,二来也会让带宽捉襟见肘。

再来说说Long Polling,如果使用传统的LAMP技术去实现的话,大致如下所示:

Long Polling

Long Polling

客户端不会频繁的轮询服务端,而是对服务端发起一个长连接,服务端通过轮询数据库来确定是否有新数据,一旦发现新数据便给客户端发出响应,这次交互便结束了。客户端处理好新数据后再重新发起一个长连接,如此周而复始。

在上面这个Long Polling方案里,我们解决了Polling中客户端轮询造成的负载和带宽的问题,但是依然存在服务端轮询,数据库的压力可想而知,此时我们虽然可以通过针对数据库使用主从复制,分片等技术来缓解问题,但那毕竟只是治标不治本。

我们的目标是实现一个简单的服务端推方案,但简单绝对不意味着简陋,轮询数据库是不可以接受的,下面我们来看看如何解决这个问题。在这里我们放弃了传统的LAMP技术,转而使用Nginx与Lua来实现。

Modified Long Polling

Modified Long Polling

此方案的主要思路是这样的:使用Nginx作为服务端,通过Lua协程来创建长连接,一旦数据库里有新数据,它便主动通知Nginx,并把相应的标识(比如一个自增的整数ID)保存在Nginx共享内存中,接下来,Nginx不会再去轮询数据库,而是改为轮询本地的共享内存,通过比对标识来判断是否有新消息,如果有便给客户端发出响应。

注:服务端维持大量长连接时内核参数的调整请参考:http长连接200万尝试及调优

首先,我们简单写一点代码实现轮询(篇幅所限省略了查询数据库的操作):

lua_shared_dict config 1m;

server {
    location /push {
        content_by_lua '
            local id = 0;

            local ttl = 100;

            local now = ngx.time();

            local config = ngx.shared.config;

            if not config:get("id") then
                config:set("id", "0");
            end

            while id >= tonumber(config:get("id")) do
                local random = math.random(ttl - 10, ttl + 10);

                if ngx.time() - now > random then
                    ngx.say("NO");
                    ngx.exit(ngx.HTTP_OK);
                end

                ngx.sleep(1);
            end

            ngx.say("YES");
            ngx.exit(ngx.HTTP_OK);
        ';
    }

    ...
}

注:为了处理服务端不知道客户端何时断开连接的情况,代码中引入超时机制。

其次,我们需要做一些基础工作,以便操作Nginx的共享内存:

lua_shared_dict config 1m;

server {
    location /config {
        content_by_lua '
            local config = ngx.shared.config;

            if ngx.var.request_method == "GET" then
                local field = ngx.var.arg_field;

                if not field then
                    ngx.exit(ngx.HTTP_BAD_REQUEST);
                end

                local content = config:get(field);

                if not content then
                    ngx.exit(ngx.HTTP_BAD_REQUEST);
                end

                ngx.say(content);
                ngx.exit(ngx.HTTP_OK);
            end

            if ngx.var.request_method == "POST" then
                ngx.req.read_body();

                local args = ngx.req.get_post_args();

                for field, value in pairs(args) do
                    if type(value) ~= "table" then
                        config:set(field, value);
                    end
                end

                ngx.say("OK");
                ngx.exit(ngx.HTTP_OK);
            end
        ';
    }

    ...
}

如果要写Nginx共享内存的话,可以这样操作:

shell> curl -d "id=123" http://<HOST>/config

如果要读Nginx共享内存的话,可以这样操作:

shell> curl http://<HOST>/config?field=id

注:实际应用时,应该加上权限判断逻辑,比如只有限定的IP地址才能使用此功能。

当数据库有新数据的时候,可以通过触发器来写Nginx共享内存,当然,在应用层通过观察者模式来写Nginx共享内存通常会是一个更优雅的选择。

如此一来,数据库就彻底翻身做主人了,虽然系统仍然存在轮询,但已经从轮询别人变成了轮询自己,效率不可相提并论,相应的,我们可以加快轮询的频率而不会造成太大的压力,从而在根本上提升用户体验。

突然想起另一个有趣的服务端推的做法,不妨在一起唠唠:如果DB使用Redis的话,那么可以利用其提供的BLPOP方法来实现服务端推,这样的话,连sleep都不用了,不过有一点需要注意的是,一旦使用了BLPOP方法,那么Nginx和Redis之间的连接便会一直保持下去,从Redis的角度看,Nginx是客户端,而客户端的可用端口数量是有限的,这就意味着一台Nginx至多只能建立六万多个连接(net.ipv4.ip_local_port_range),有点儿少。

当然,本文的描述只是沧海一粟,还有很多技术可供选择,比如Pub/SubWebSocket等等,篇幅所限,这里就不多说了,有兴趣的读者请自己查阅。

原文链接: http://huoding.com/2012/09/28/174

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