怎样编写一个 HTTP 反向代理服务器?

　　怎样编写一个 HTTP 反向代理服务器?如果你经常使用 Node.js 编写 Web 服务端程序，一定对使用 Nginx 作为反向代理服务并不陌生。在生产环境中，我们往往需要将程序部署到内网多台服务器上，在一台多核服务器上，为了充分利用所有 CPU 资源，也需要启动多个服务进程，它们分别监听不同的端口。然后使用 Nginx 作为反向代理服务器，接收来自用户浏览器的请求并转发到后端的多台 Web 服务器上。大概工作流程如下图：

怎样编写一个 HTTP 反向代理服务器

　　在 Node.js 上实现一个简单的 HTTP 代理程序还是非常简单的，本文章的例子的核心代码只有 60 多行，只要理解内置 http 模块的基本用法即可，具体请看下文。

　　接口设计与相关技术

　　使用 http.createServer() 创建的 HTTP 服务器，处理请求的函数格式一般为 function (req, res) {}(下文简称为 requestHandler)，其接收两个参数，分别为 http.IncomingMessage 和 http.ServerResponse 对象，我们可以通过这两个对象来取得请求的所有信息并对它进行响应。

　　主流的 Node.js Web 框架的中间件(比如 connect)一般都有两种形式：

　　中间件不需要任何初始化参数，则其导出结果为一个 requestHandler

　　中间件需要初始化参数，则其导出结果为中间件的初始化函数，执行该初始化函数时，传入一个 options 对象，执行后返回一个 requestHandler

　　为了使代码更规范，在本文例子中，我们将反向代理程序设计成一个中间件的格式，并使用以上第二种接口形式：

　　// 生成中间件 const handler = reverseProxy({ // 初始化参数，用于设置目标服务器列表 servers: ["127.0.0.1:3001", "127.0.0.1:3002", "127.0.0.1:3003"] }); // 可以直接在 http 模块中使用 const server = http.createServer(handler); // 作为中间件在 connect 模块中使用 app.use(handler);

　　说明：

　　上面的代码中，reverseProxy 是反向代理服务器中间件的初始化函数，它接受一个对象参数，servers 是后端服务器地址列表，每个地址为 IP地址:端口这样的格式

　　执行 reverseProxy() 后返回一个 function (req, res) {} 这样的函数，用于处理 HTTP 请求，可作为 http.createServer() 和 connect 中间件的 app.use() 的处理函数

　　当接收到客户端请求时，按顺序循环从 servers 数组中取出一个服务器地址，将请求代理到这个地址的服务器上

　　服务器在接收到 HTTP 请求后，首先需要发起一个新的 HTTP 请求到要代理的目标服务器，可以使用 http.request() 来发送请求：

　　要将客户端的请求体(Body 部分，在 POST、PUT 这些请求时会有请求体)转发到另一个服务器上，可以使用 Stream 对象的 pipe() 方法，比如：

　　// req 和 res 为客户端的请求和响应对象 // req2 和 res2 为服务器发起的代理请求和响应对象 // 将 req 收到的数据转发到 req2 req.pipe(req2); // 将 res2 收到的数据转发到 res res2.pipe(res);

　　说明：

　　req 对象是一个 Readable Stream(可读流)，通过 data 事件来接收数据，当收到 end 事件时表示数据接收完毕

　　res 对象是一个 Writable Stream (可写流)，通过 write() 方法来输出数据，end() 方法来结束输出

　　为了简化从 Readable Stream 监听 data 事件来获取数据并使用 Writable Stream 的 write() 方法来输出，可以使用 Readable Stream 的 pipe() 方法

　　以上只是提到了实现 HTTP 代理需要的关键技术，相关接口的详细文档可以参考这里：https://nodejs.org/api/http.html#http_http_request_options_callback

　　当然为了实现一个接口友好的程序，往往还需要很多额外的工作，具体请看下文。

　　简单版本

　　以下是实现一个简单 HTTP 反向代理服务器的各个文件和代码(没有任何第三方库依赖)，为了使代码更简洁，使用了一些最新的 ES 语法特性，需要使用 Node v8.x 最新版本来运行：

　　文件 proxy.js：

　　文件 log.js：

　　const util = require("util"); /** 打印日志 */ module.exports = function log(...args) { const time = new Date().toLocaleString(); console.log(time, util.format(...args)); };

　　说明：

　　log.js 文件实现了一个用于打印日志的函数 log()，它可以支持 console.log()一样的用法，并且自动在输出前面加上当前的日期和时间，方便我们浏览日志

　　reverseProxy() 函数入口使用 assert 模块来进行基本的参数检查，如果参数格式不符合要求即抛出异常，保证可以第一时间让开发者知道，而不是在运行期间发生各种不可预测的错误

　　getTarget() 函数用于循环返回一个目标服务器地址

　　bindError() 函数用于监听 error 事件，避免整个程序因为没有捕捉网络异常而崩溃，同时可以统一返回出错信息给客户端

　　为了测试我们的代码运行的效果，我编写了一个简单的程序，文件 server.js：

　　执行以下命令启动：

　　node server.js

　　然后可以通过 curl 命令来查看返回的结果：

　　curl http://127.0.0.1:3000/hello/world

　　连续执行多次该命令，如无意外输出结果应该是这样的(输出内容端口部分按照顺序循环)：

　　3001: GET /hello/world 3002: GET /hello/world 3003: GET /hello/world 3001: GET /hello/world 3002: GET /hello/world 3003: GET /hello/world

　　注意：如果使用浏览器来打开该网址，看到的结果顺序可能是不一样的，因为浏览器会自动尝试请求/favicon，这样刷新一次页面实际上是发送了两次请求。

　　单元测试

　　上文我们已经完成了一个基本的 HTTP 反向代理程序，也通过简单的方法验证了它是能正常工作的。但是，我们并没有足够的测试，比如只验证了 GET 请求，并没有验证 POST 请求或者其他的请求方法。而且通过手工去做更多的测试也比较麻烦，很容易遗漏。所以，接下来我们要给它加上自动化的单元测试。

　　在本文中我们选用在 Node.js 界应用广泛的 mocha 作为单元测试框架，搭配使用 supertest 来进行 HTTP 接口请求的测试。由于 supertest 已经自带了一些基本的断言方法，我们暂时不需要 chai 或者 should 这样的第三方断言库。

　　首先执行 npm init 初始化一个 package.json 文件，并执行以下命令安装 mocha和 supertest：

　　npm install mocha supertest --save-dev

　　然后新建文件 test.js：

　　说明：

　　在单元测试开始前，需要通过 before() 来注册回调函数，以便在开始执行测试用例时先把服务器启动起来

　　同理，通过 after() 注册回调函数，以便在执行完所有测试用例后把服务器关闭以释放资源(否则 mocha 进程不会退出)

　　使用 supertest 发送请求时，代理服务器不需要监听端口，只需要将 server 实例作为调用参数即可

　　接着修改 package.json 文件的 scripts 部分：

　　{ "scripts": { "test": "mocha test.js" } }

　　执行以下命令开始测试：

　　npm test

　　如果一切正常，我们应该会看到这样的输出结果，其中 passing 这样的提示表示我们的测试完全通过了：

　　测试反向代理 2017-12-12 18:28:15 服务器已启动: 3001 2017-12-12 18:28:15 服务器已启动: 3002 2017-12-12 18:28:15 服务器已启动: 3003 2017-12-12 18:28:15 反向代理服务器已启动 2017-12-12 18:28:15 [GET /hello => 127.0.0.1:3001] 代理请求 2017-12-12 18:28:15 [GET /hello => 127.0.0.1:3001] 响应: 200 2017-12-12 18:28:15 [GET /hello => 127.0.0.1:3002] 代理请求 2017-12-12 18:28:15 [GET /hello => 127.0.0.1:3002] 响应: 200 2017-12-12 18:28:15 [GET /hello => 127.0.0.1:3003] 代理请求 2017-12-12 18:28:15 [GET /hello => 127.0.0.1:3003] 响应: 200 2017-12-12 18:28:15 [GET /hello => 127.0.0.1:3001] 代理请求 2017-12-12 18:28:15 [GET /hello => 127.0.0.1:3001] 响应: 200 ✓ 顺序循环返回目标地址 2017-12-12 18:28:15 [POST /xyz => 127.0.0.1:3002] 代理请求 2017-12-12 18:28:15 [POST /xyz => 127.0.0.1:3002] 响应: 200 ✓ 支持 POST 请求 2 passing (45ms)

　　当然以上的测试代码还远远不够，剩下的就交给读者们来实现了。

　　接口改进

　　如果要设计成一个比较通用的反向代理中间件，我们还可以通过提供一个生成 http.ClientRequest 的函数来实现在代理时动态修改请求：

　　reverseProxy({ servers: ["127.0.0.1:3001", "127.0.0.1:3002", "127.0.0.1:3003"], request: function(req, info) { // info 是默认生成的 request options 对象 // 我们可以动态增加请求头，比如当前请求时间戳 info.headers["X-Request-Timestamp"] = Date.now(); // 返回 http.ClientRequest 对象 return http.request(info); } });

　　然后在原来的 http.request(info, (res2) => {}) 部分可以改为监听 response 事件：

　　const req2 = http.request(options.request(info)); req2.on("response", res2 => {});

　　同理，我们也可以通过提供一个函数来修改部分的响应内容：

　　reverseProxy({ servers: ["127.0.0.1:3001", "127.0.0.1:3002", "127.0.0.1:3003"], response: function(res, info) { // info 是发送代理请求时所用的 request options 对象 // 我们可以动态设置一些响应头，比如实际代理的模板服务器地址 res.setHeader("X-Backend-Server", `${info.hostname}:${info.port}`); } });

　　此处只发散一下思路，具体实现方法和代码就不再赘述了。

　　总结

　　上述内容主要介绍了如何使用内置的 http 模块来创建一个 HTTP 服务器，以及发起一个 HTTP 请求，并简单介绍了如何对 HTTP 接口进行测试。在实现 HTTP 请求代理的过程中，主要是运用了 Stream 对象的 pipe() 方法，关键部分代码只有区区几行。Node.js 中的很多程序都运用了 Stream 这样的思想，将数据当做一个流，使用 pipe 将一个流转换成另一个流，可以看出 Stream 在 Node.js 的重要性。

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