基于事件驱动的高性能WebSocket服务器集群研究

摘要

Web技术在不同领域的应用不断深入，使得Web应用程序对浏览器与服务器间的实时数据传递效率要求也越来越高。与C/S模式下的实时数据传输不同， B/S模式下传统实时通信采用基于 HTTP协议的“请求-响应”模式，这种模式存在以下几点问题：（1）HTTP是单向通信协议，服务器端只能被动的响应浏览器用户的请求，无法主动的推送数据给浏览器用户；（2）浏览器用户需要频繁的发送 HTTP请求才能保证数据传输的低时延性，这给服务器端带来了很大的压力。WebSocket技术的出现为解决上述问题提供了新途径，利用WebSocket技术浏览器用户可以和服务器建立起全双工的数据传输通道，真正实现实时数据的主动推送，降低服务器压力。本文以 WebSocket技术为核心实现了一款WebSocket服务器，同时针对高并发用户请求和单点故障问题，重点研究了WebSocket服务器集群，为B/S模式下的大量实时数据推送问题提供解决方案。具体的研究内容主要包含： （1）针对基于“请求-响应”模式的传统实时通信技术数据传输效率低，本文利用 WebSocket技术设计了一款 WebSocket服务器，实现浏览器端和服务器端的全双工实时数据传输，提高实时数据传输的效率；针对Node.js原有Cluster模块在多进程管理方面存在的弊端，本文引入了心跳机制和最小连接策略，实现进程数的稳定和任务分配的均衡，从而提升WebSocket服务器的性能。 （2）针对单节点WebSocket服务器在应用中面临的高并发用户请求下大量数据传输以及单点故障问题，本文采用高可用和负载均衡集群优势相结合的混合集群模式，设计了 WebSocket服务器集群的架构方案，提高 WebSocket服务器的处理能力和稳定性。 （3）针对Nginx内置的负载均衡算法容易导致负载不均问题，本文设计并实现了一种动态反馈负载均衡算法，该算法根据节点性能和负载状态进行任务的分配，使系统整体负载更加均衡；针对负载均衡器本身的单点故障问题，利用 Keepalived对负载均衡器进行双机热备，提高负载均衡器的可用性；同时引入了缓存数据库Redis实现集群共享存储区，解决WebSocket服务器集群中节点共享存储问题。 （4）对WebSocket服务器进行功能和性能测试，通过实验结果分析，验证了本文设计的 WebSocket服务器工作正常，性能稳定；搭建 WebSocket服务器集群，对 WebSocket集群进行测试和实例应用，通过实验结果分析，验证了WebSocket集群的有效性和可行性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 研究现状

1.3 研究内容

1.4 组织结构

第2章 WebSocket服务器集群相关技术研究

2.1 B/S模式下的服务器推送技术

2.3 WebSocket服务器集群技术的研究

2.4 WebSocket服务器集群架构方案提出

2.5 本章小结

第3章 WebSocket服务器

3.1 WebSocket服务器的设计思路

3.2 WebSocket服务器总体设计

3.3 用户服务层实现

3.4 中间层实现

3.5 数据服务层实现

3.6 本章小结

第4章 WebSocket服务器集群

4.1 WebSocket服务器集群分析

4.2 WebSocket服务器集群的设计

4.3 WebSocket服务器集群的实现

第5章 实验验证和结果分析

5.1 WebSocket服务器功能验证

5.2 WebSocket服务器性能测试

5.3 WebSocket服务器集群测试

5.4 WebSocket服务器集群实例应用

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间获得与学位论文相关的科研成果目录