原文地址: https://github.com/yinxin630/blog/issues/3

前排提醒, 阅读本文需要对JavaScript较为熟悉, 本文将讲解核心功能点的设计思路

源码地址: https://github.com/yinxin630/fiora
在线地址: https://fiora.suisuijiang.com/

前言

该项目起始于2015年底, 也是我刚开始学习 JavaScript 的时候, 当时仅仅是想做个练手项目. 后面随着在前端领域的深入学习, 也一直在更新技术栈, 目前已经是重构后的第五个版本

得益于 node.js 和 react-native 的出现, 使得 jser 的触手伸到了服务端和APP端. 本项目服务端基于 node.js 技术, 使用了 koa 框架, 所有数据存储在 mongodb 中. 客户端使用 react 框架, 使用 redux 和 immutable.js 管理状态, 自己设计了一套简约范的UI风格, APP端基于 react-native 和 expo 开发. 项目部署在我的乞丐版阿里云ECS上, 学生机配置单核1G内存

服务端架构

服务端负责两件事:

提供基于WebSocket 的接口
提供 index.html 响应

服务端使用了 koa-socket 这个包, 它集成了 socket.io 并实现了 socket 中间件机制, 服务端基于该中间件机制, 自己实现了一套接口路由

每个接口都是一个 async 函数, 函数名即接口名, 同时也是 socket 事件名

async login(ctx) {
    return 'login success'
}

然后写了个 route 中间件, 用来完成路由匹配, 当判断路由匹配时, 以 ctx 对象作为参数执行路由方法, 并将方法返回值作为接口返回值

function noop() {}

/**
 * 路由处理
 * @param {IO} io koa socket io实例
 * @param {Object} routes 路由
 */
module.exports = function (io, _io, routes) {
    Object.keys(routes).forEach((route) => {
        io.on(route, noop); // 注册事件
    });

    return async (ctx) => {
        // 判断路由是否存在
        if (routes[ctx.event]) {
            const { event, data, socket } = ctx;
            // 执行路由并获取返回数据
            ctx.res = await routes[ctx.event]({
                event, // 事件名
                data, // 请求数据
                socket, // 用户socket实例
                io, // koa-socket实例
                _io, // socket.io实例
            });
        }
    };
};

还有一个重要中间件是 catchError, 它负责捕获全局异常, 业务流程中大量使用 assert 判断业务逻辑, 不满足条件时会中断流程并返回错误消息, catchError 将捕获业务逻辑异常, 并取出错误消息返回给客户端

const assert = require('assert');

/**
 * 全局异常捕获
 */
module.exports = function () {
    return async (ctx, next) => {
        try {
            await next();
        } catch (err) {
            if (err instanceof assert.AssertionError) {
                ctx.res = err.message;
                return;
            }
            ctx.res = `Server Error: ${err.message}`;
            console.error('Unhandled Error\n', err);
        }
    };
};

这些就是服务端的核心逻辑, 基于该架构下定义接口组成业务逻辑

另外, 服务端还负责提供 index.html 响应, 即客户端首页. 客户端的其它资源是放在 CDN 上的, 这样可以缓解服务端带宽压力, 但是 index.html 不能使用强缓存, 因为会使得客户端更新不可控, 因此 index.html 放在服务端

客户端架构

客户端使用 socket.io-client 连接服务端, 连接成功后请求接口尝试登录, 如果 localStorage 没有 token 或者接口返回 token 过期, 将会以游客身份登录, 登录成功会返回用户信息以及群组、好友列表, 接着去请求各群组、好友的历史消息

客户端需要监听 connect / disconnect / message 三个消息

connect: socket 连接成功
disconnect socket 连接断开
message 接收到新消息

客户端使用 redux 管理数据, 需要被组件共享的数据放在 redux 中, 只有自身使用的数据还是放在组件的 state 中, 客户端存储的 redux 数据结构如下:

user 用户信息
- _id 用户id
- username 用户名
- linkmans 联系人列表, 包括群组、好友以及临时会话
- isAdmin 是否是管理员
focus 当前聚焦的联系人id, 既对话中的目标
connect 连接状态
ui 客户端 UI 相关和功能开关

客户端的数据流, 主要有两条线路

用户操作 => 请求接口 => 返回数据 => 更新redux => 视图重新渲染
监听新消息 => 处理数据 => 更新redux => 视图重新渲染

用户系统

User Schema 定义:

const UserSchema = new Schema({
    createTime: { type: Date, default: Date.now },
    lastLoginTime: { type: Date, default: Date.now },

    username: {
        type: String,
        trim: true,
        unique: true,
        match: /^([0-9a-zA-Z]{1,2}|[\u4e00-\u9eff]){1,8}$/,
        index: true,
    },
    salt: String,
    password: String,
    avatar: {
        type: String,
    },
});

createTime: 创建时间
lastLoginTime: 最后一次登录时间, 用来清理僵尸号用
username: 用户昵称, 同时也是账号
salt: 加密盐
password: 用户密码
avatar: 用户头像URL地址

用户注册

注册接口需要 username / password 两个参数, 首先做判空处理

const {
    username, password
} = ctx.data;
assert(username, '用户名不能为空');
assert(password, '密码不能为空');

然后判断用户名是否已存在, 同时获取默认群组, 新注册用户要加入到默认群组

const user = await User.findOne({ username });
assert(!user, '该用户名已存在');
const defaultGroup = await Group.findOne({ isDefault: true });
assert(defaultGroup, '默认群组不存在');

存密码明文肯定是不行的, 生成随机盐, 并使用盐加密密码

const salt = await bcrypt.genSalt$(saltRounds);
const hash = await bcrypt.hash$(password, salt);

给用户一个随机默认头像, 全都是萌妹子^_^, 保存用户信息到数据库

let newUser = null;
try {
    newUser = await User.create({
        username,
        salt,
        password: hash,
        avatar: getRandomAvatar(),
    });
} catch (err) {
    if (err.name === 'ValidationError') {
        return '用户名包含不支持的字符或者长度超过限制';
    }
    throw err;
}

将用户添加到默认群组, 然后生成用户 token token 是用来免密码登录的凭证, 存储在客户端 localStorage, token里携带用户id、过期时间、客户端信息三个数据，用户id和过期时间容易理解, 客户端信息是为了防token盗用, 之前也试过验证客户端ip一致性, 但是ip可能会有经常改变的情况, 搞得用户每次自动登录都被判定为盗用了...

defaultGroup.members.push(newUser);
await defaultGroup.save();

const token = generateToken(newUser._id, environment);

将用户id与当前 socket 连接关联, 服务端是以 ctx.socket.user 是否为 undefined 来判断登录态的更新 Socket 表中当前 socket 连接信息, 后面获取在线用户会取 Socket 表数据

ctx.socket.user = newUser._id;
await Socket.update({ id: ctx.socket.id }, {
    user: newUser._id,
    os, // 客户端系统
    browser, // 客户端浏览器
    environment, // 客户端环境信息
});

最后将数据返回客户端

return {
    _id: newUser._id,
    avatar: newUser.avatar,
    username: newUser.username,
    groups: [{
        _id: defaultGroup._id,
        name: defaultGroup.name,
        avatar: defaultGroup.avatar,
        creator: defaultGroup.creator,
        createTime: defaultGroup.createTime,
        messages: [],
    }],
    friends: [],
    token,
}

用户登录

fiora 是不限制多登陆的, 每个用户都可以在无限个终端登录

登录有三种情况:

游客登录
token登录
用户名/密码登录

游客登录仅能查看默认群组消息, 并且不能发消息, 主要是为了降低第一次来的用户的体验成本

token登录是最常用的, 客户端首先从 localStorage 取 token, token 存在就会使用 token 登录
首先对 token 解码取出负载数据, 判断 token 是否过期以及客户端信息是否匹配

let payload = null;
try {
    payload = jwt.decode(token, config.jwtSecret);
} catch (err) {
    return '非法token';
}

assert(Date.now() < payload.expires, 'token已过期');
assert.equal(environment, payload.environment, '非法登录');

从数据库查找用户信息, 更新最后登录时间, 查找用户所在的群组, 并将 socket 添加到该群组, 然后查找用户的好友

const user = await User.findOne({ _id: payload.user }, { _id: 1, avatar: 1, username: 1 });
assert(user, '用户不存在');

user.lastLoginTime = Date.now();
await user.save();

const groups = await Group.find({ members: user }, { _id: 1, name: 1, avatar: 1, creator: 1, createTime: 1 });
groups.forEach((group) => {
    ctx.socket.socket.join(group._id);
    return group;
});

const friends = await Friend
    .find({ from: user._id })
    .populate('to', { avatar: 1, username: 1 });

更新 socket 信息, 与注册相同

ctx.socket.user = user._id;
await Socket.update({ id: ctx.socket.id }, {
    user: user._id,
    os,
    browser,
    environment,
});

最后返回数据

用户名/密码与 token 登录仅一开始的逻辑不同, 没有解码 token 验证数据这步先验证用户名是否存在, 然后验证密码是否匹配

const user = await User.findOne({ username });
assert(user, '该用户不存在');

const isPasswordCorrect = bcrypt.compareSync(password, user.password);
assert(isPasswordCorrect, '密码错误');

接下来逻辑就与 token 登录一致了

消息系统

发送消息

sendMessage 接口有三个参数:

to: 发送的对象, 群组或者用户
type: 消息类型
content: 消息内容

因为群聊和私聊共用这一个接口, 所以首先需要判断是群聊还是私聊, 获取群组id或者用户id, 群聊/私聊通过 to 参数区分
群聊时 to 是相应的群组id, 然后获取群组信息私聊时 to 是发送者和接收者二人id拼接的结果, 去掉发送者id就得到了接收者id, 然后获取接收者信息

let groupId = '';
let userId = '';
if (isValid(to)) {
    const group = await Group.findOne({ _id: to });
    assert(group, '群组不存在');
} else {
    userId = to.replace(ctx.socket.user, '');
    assert(isValid(userId), '无效的用户ID');
    const user = await User.findOne({ _id: userId });
    assert(user, '用户不存在');
}

部分消息类型需要做些处理, text消息判断长度并做xss处理, invite消息判断邀请的群组是否存在, 然后将邀请人、群组id、群组名等信息存储到消息体中

let messageContent = content;
if (type === 'text') {
    assert(messageContent.length <= 2048, '消息长度过长');
    messageContent = xss(content);
} else if (type === 'invite') {
    const group = await Group.findOne({ name: content });
    assert(group, '目标群组不存在');

    const user = await User.findOne({ _id: ctx.socket.user });
    messageContent = JSON.stringify({
        inviter: user.username,
        groupId: group._id,
        groupName: group.name,
    });
}

将新消息存入数据库

let message;
try {
    message = await Message.create({
        from: ctx.socket.user,
        to,
        type,
        content: messageContent,
    });
} catch (err) {
    throw err;
}

接下来构造一个不包含敏感信息的消息数据, 数据中包含发送者的id、用户名、头像, 其中用户名和头像是比较冗余的数据, 以后考虑会优化成只传一个id, 客户端维护用户信息, 通过id匹配出用户名和头像, 能节约很多流量如果是群聊消息, 直接把消息推送到对应群组即可私聊消息更复杂一些, 因为 fiora 是允许多登录的, 首先需要推送给接收者的所有在线 socket, 然后还要推送给自身的其余在线 socket

const user = await User.findOne({ _id: ctx.socket.user }, { username: 1, avatar: 1 });
const messageData = {
    _id: message._id,
    createTime: message.createTime,
    from: user.toObject(),
    to,
    type,
    content: messageContent,
};

if (groupId) {
    ctx.socket.socket.to(groupId).emit('message', messageData);
} else {
    const sockets = await Socket.find({ user: userId });
    sockets.forEach((socket) => {
        ctx._io.to(socket.id).emit('message', messageData);
    });
    const selfSockets = await Socket.find({ user: ctx.socket.user });
    selfSockets.forEach((socket) => {
        if (socket.id !== ctx.socket.id) {
            ctx._io.to(socket.id).emit('message', messageData);
        }
    });
}

最后把消息数据返回给客户端, 表示消息发送成功. 客户端为了优化用户体验, 发送消息时会立即在页面上显示新信息, 同时请求接口发送消息. 如果消息发送失败, 就删掉该条消息

获取历史消息

getLinkmanHistoryMessages 接口有两个参数:

linkmanId: 联系人id, 群组或者俩用户id拼接
existCount: 已有的消息个数

详细逻辑比较简单, 按创建时间倒序查找已有个数 + 每次获取个数数量的消息, 然后去掉已有个数的消息再反转一下, 就是按时间排序的新消息

const messages = await Message
    .find(
        { to: linkmanId },
        { type: 1, content: 1, from: 1, createTime: 1 },
        { sort: { createTime: -1 }, limit: EachFetchMessagesCount + existCount },
    )
    .populate('from', { username: 1, avatar: 1 });
const result = messages.slice(existCount).reverse();

返回给客户端

接收推送消息

客户端订阅 message 事件接收新消息 socket.on('message')

接收到新消息时, 先判断 state 中是否存在该联系人, 如果存在则将消息存到对应的联系人下, 如果不存在则是一条临时会话的消息, 构造一个临时联系人并获取历史消息, 然后将临时联系人添加到 state 中. 如果是来自自己其它终端的消息, 则不需要创建联系人

const state = store.getState();
const isSelfMessage = message.from._id === state.getIn(['user', '_id']);
const linkman = state.getIn(['user', 'linkmans']).find(l => l.get('_id') === message.to);
let title = '';
if (linkman) {
    action.addLinkmanMessage(message.to, message);
    if (linkman.get('type') === 'group') {
        title = `${message.from.username} 在 ${linkman.get('name')} 对大家说:`;
    } else {
        title = `${message.from.username} 对你说:`;
    }
} else {
    // 联系人不存在并且是自己发的消息, 不创建新联系人
    if (isSelfMessage) {
        return;
    }
    const newLinkman = {
        _id: getFriendId(
            state.getIn(['user', '_id']),
            message.from._id,
        ),
        type: 'temporary',
        createTime: Date.now(),
        avatar: message.from.avatar,
        name: message.from.username,
        messages: [],
        unread: 1,
    };
    action.addLinkman(newLinkman);
    title = `${message.from.username} 对你说:`;

    fetch('getLinkmanHistoryMessages', { linkmanId: newLinkman._id }).then(([err, res]) => {
        if (!err) {
            action.addLinkmanMessages(newLinkman._id, res);
        }
    });
}

如果当前聊天页是在后台的, 并且打开了消息通知开关, 则会弹出桌面提醒

if (windowStatus === 'blur' && state.getIn(['ui', 'notificationSwitch'])) {
    notification(
        title,
        message.from.avatar,
        message.type === 'text' ? message.content : `[${message.type}]`,
        Math.random(),
    );
}

如果打开了声音开关, 则响一声新消息提示音

if (state.getIn(['ui', 'soundSwitch'])) {
    const soundType = state.getIn(['ui', 'sound']);
    sound(soundType);
}

如果打开了语言播报开关并且是文本消息, 将消息内的url和#过滤掉, 排除长度大于200的消息, 然后推送到消息朗读队列中

if (message.type === 'text' && state.getIn(['ui', 'voiceSwitch'])) {
    const text = message.content
        .replace(/https?:\/\/(www\.)?[-a-zA-Z0-9@:%._+~#=]{2,256}\.[a-z]{2,6}\b([-a-zA-Z0-9@:%_+.~#?&//=]*)/g, '')
        .replace(/#/g, '');
    // The maximum number of words is 200
    if (text.length > 200) {
        return;
    }

    const from = linkman && linkman.get('type') === 'group' ?
        `${message.from.username}在${linkman.get('name')}说`
        :
        `${message.from.username}对你说`;
    if (text) {
        voice.push(from !== prevFrom ? from + text : text, message.from.username);
    }
    prevFrom = from;
}

更多中间件

限制未登录请求

大多数接口是只允许已登录用户访问的, 如果接口需要登录且 socket 连接没有用户信息, 则返回"未登录"错误

/**
 * 拦截未登录请求
 */
module.exports = function () {
    const noUseLoginEvent = {
        register: true,
        login: true,
        loginByToken: true,
        guest: true,
        getDefalutGroupHistoryMessages: true,
        getDefaultGroupOnlineMembers: true,
    };
    return async (ctx, next) => {
        if (!noUseLoginEvent[ctx.event] && !ctx.socket.user) {
            ctx.res = '请登录后再试';
            return;
        }
        await next();
    };
};

限制调用频率

为了防止刷接口的情况, 减轻服务器压力, 限制同一 socket 连接每分钟内最多请求 30 次接口

const MaxCallPerMinutes = 30;
/**
 * Limiting the frequency of interface calls
 */
module.exports = function () {
    let callTimes = {};
    setInterval(() => callTimes = {}, 60000); // Emptying every 60 seconds

    return async (ctx, next) => {
        const socketId = ctx.socket.id;
        const count = callTimes[socketId] || 0;
        if (count >= MaxCallPerMinutes) {
            return ctx.res = '接口调用频繁';
        }
        callTimes[socketId] = count + 1;
        await next();
    };
};

小黑屋

管理员账号可以将用户添加到小黑屋, 被添加到小黑屋的用户无法请求任何接口, 10分钟后自动解禁

/**
 * Refusing to seal user requests
 */
module.exports = function () {
    return async (ctx, next) => {
        const sealList = global.mdb.get('sealList');
        if (ctx.socket.user && sealList.has(ctx.socket.user.toString())) {
            return ctx.res = '你已经被关进小黑屋中, 请反思后再试';
        }

        await next();
    };
};

其它有意思的东东

表情

表情是一张雪碧图, 点击表情会向输入框插入格式为 #(xx) 的文本, 例如 #(滑稽). 在渲染消息时, 通过正则匹配将这些文本替换为 <img>, 并计算出该表情在雪碧图中的位置, 然后渲染到页面上不设置 src 会显示一个边框, 需要将 src 设置为一张透明图

function convertExpression(txt) {
    return txt.replace(
        /#\(([\u4e00-\u9fa5a-z]+)\)/g,
        (r, e) => {
            const index = expressions.default.indexOf(e);
            if (index !== -1) {
                return `<img class="expression-baidu" src="${transparentImage}" style="background-position: left ${-30 * index}px;" onerror="this.style.display='none'" alt="${r}">`;
            }
            return r;
        },
    );
}

表情包搜索

爬的 https://www.doutula.com 上的搜索结果

const res = await axios.get(`https://www.doutula.com/search?keyword=${encodeURIComponent(keywords)}`);
assert(res.status === 200, '搜索表情包失败, 请重试');

const images = res.data.match(/data-original="[^ "]+"/g) || [];
return images.map(i => i.substring(15, i.length - 1));

桌面消息通知

效果如上图, 不同系统/浏览器在样式上会有区别经常有人问到这个是怎么实现的, 其实是 HTML5 增加的功能 Notification, 更多信息查看 https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/notification

粘贴发图

监听 paste 事件, 获取粘贴内容, 如果包含 Files 类型内容, 则读取内容并生成 Image 对象. 注意: 通过该方式拿到的图片, 会比原图片体积大很多, 因此最好压缩一下再使用

@autobind
handlePaste(e) {
    const { items, types } = (e.clipboardData || e.originalEvent.clipboardData);

    // 如果包含文件内容
    if (types.indexOf('Files') > -1) {
        for (let index = 0; index < items.length; index++) {
            const item = items[index];
            if (item.kind === 'file') {
                const file = item.getAsFile();
                if (file) {
                    const that = this;
                    const reader = new FileReader();
                    reader.onloadend = function () {
                        const image = new Image();
                        image.onload = () => {
                            // 获取到 image 图片对象
                        };
                        image.src = this.result;
                    };
                    reader.readAsDataURL(file);
                }
            }
        }
        e.preventDefault();
    }
}