Redis + Socket.IO + NestJS Chat App

이게되네·2021년 2월 5일
NestJS
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최근 회사 프로젝트를 진행하면서 Chatting 모듈을 만들어야했는데

운영하는 서버는 사용량에 따라 서버의 대수를 늘리는 Scale Out을 하여 능력을 향상시킵니다. 이로 인해 서버가 여러대로 늘어감에 따라 소켓 서버들간에 데이터를 주고받을 수 있는 중간 서버가 필요해졌습니다.

해결책으로 Redis의 PUB/SUB 기능을 사용하여 소켓간의 메시지를 관리합니다.

서버는 Node.js 프레임워크 NestJS를 사용하고, 채팅에 필요한 소켓은 Socket.io 라이브러리를 사용합니다.

이는 나중에 Redis와 Socket를 Adapter Pattern으로 적용하기 편리해지기 때문입니다. 그리고 각 서버들은 Docker를 이용하여 실행합니다.


📋 TODO

  • Set up Docker
  • Set up Chatting Application
  • Apply Websocket Adapter
  • Test

1. Set up Docker

Docker-Compose 로 Redis 환경을 구성합니다.

// docker-compose.yml

version: '3'

services:
  redis:
    image: redis
    restart: always
    container_name: ilyong-redis
    ports:
      - 10300:6379

$ docker-compose up -d 명령어를 사용하여 Redis Docker Image를 실행합니다.

$ docker-compose up -d
Creating network "nestjs-socketio_default" with the default driver
Pulling redis (redis:)...
latest: Pulling from library/redis
a076a628af6f: Pull complete
f40dd07fe7be: Pull complete
ce21c8a3dbee: Pull complete
ee99c35818f8: Pull complete
56b9a72e68ff: Pull complete
3f703e7f380f: Pull complete
Digest: sha256:0f97c1c9daf5b69b93390ccbe8d3e2971617ec4801fd0882c72bf7cad3a13494
Status: Downloaded newer image for redis:latest
Creating ilyong-redis ... done

$ docker ps 로 상태를 확인합니다.

$ docker ps
CONTAINER ID   IMAGE     COMMAND                  CREATED         STATUS         PORTS                     NAMES
959e05e10871   redis     "docker-entrypoint.s…"   7 seconds ago   Up 6 seconds   0.0.0.0:10300->6379/tcp   ilyong-redis

2. Set up Chatting Application

Generate NestJS

$ nest new nestjs-socketio
$ nest generate module chat
$ nest generate gateway chat chat

Install package

  • NestJS WebSocket 관련 package를 설치해줍니다.

    $ npm i --save @nestjs/websockets @nestjs/platform-socket.io
$ npm i --save-dev @types/socket.io

Setting Up Chatting Application

  • 환경 변수를 사용하기위해 @nestjs/config package를 설치해줍니다.
$ npm i --save @nestjs/config joi
// src/app.module.ts

@Module({
imports: [
  ConfigModule.forRoot({
    envFilePath: `.env`,
    validationSchema: Joi.object({
      NODE_PORT: Joi.string().required(),
      REDIS_PORT: Joi.string().required(),
      REDIS_HOST: Joi.string().required(),
    }),
  }),
  ChatModule,
],
controllers: [AppController],
providers: [AppService],
})
  • Gateway를 사용하여 WebSocket 통신 모듈을 구현합니다.
// src/chat.gateway.ts

import { Logger } from '@nestjs/common';
import {
  OnGatewayConnection,
  OnGatewayDisconnect,
  OnGatewayInit,
  SubscribeMessage,
  WebSocketGateway,
  WebSocketServer,
} from '@nestjs/websockets';
import { Server, Socket } from 'socket.io';

@WebSocketGateway({ namespace: 'chat' }) // namespace는 optional 입니다!
export class ChatGateway
  implements OnGatewayConnection, OnGatewayDisconnect, OnGatewayInit {
  private static readonly logger = new Logger(ChatGateway.name);

  @WebSocketServer()
  server: Server;

  afterInit() {
    ChatGateway.logger.debug(`Socket Server Init Complete`);
  }

  handleConnection(client: Socket) {
    ChatGateway.logger.debug(
      `${client.id}(${client.handshake.query['username']}) is connected!`,
    );

    this.server.emit('msgToClient', {
      name: `admin`,
      text: `join chat.`,
    });
  }

  handleDisconnect(client: Socket) {
    ChatGateway.logger.debug(`${client.id} is disconnected...`);
  }

  @SubscribeMessage('msgToServer')
  handleMessage(
    client: Socket,
    payload: { name: string; text: string },
  ): void {
    this.server.emit('msgToClient', payload);
  }
}
  • NestJS 서버에서 정적 파일을 사용하도록 설정하고, VueJS로 간단히 만든 채팅 페이지를 불러오도록 합니다.
// src/main.ts

async function bootstrap() {
  const app = await NestFactory.create<NestExpressApplication>(AppModule);
  app.useStaticAssets(join(__dirname, '..', 'static'));
  await app.listen(process.env.NODE_PORT);
}
bootstrap();
<!-- assets/3000/index.html -->

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
  <head>
    <meta charset="UTF-8" />
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0" />
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="ie=edge" />
    <link
      rel="stylesheet"
      href="https://maxcdn.bootstrapcdn.com/bootstrap/4.0.0-alpha.6/css/bootstrap.min.css"
      integrity="sha384-rwoIResjU2yc3z8GV/NPeZWAv56rSmLldC3R/AZzGRnGxQQKnKkoFVhFQhNUwEyJ"
      crossorigin="anonymous"
    />
    <title>Nestjs SocketIO</title>
    <link rel="stylesheet" href="styles.css" />
    <script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/vue/dist/vue.js"></script>
    <script
      type="text/javascript"
      src="https://cdn.socket.io/socket.io-1.4.5.js"
    ></script>
  </head>
  <body>
    <div id="app" class="container">
      <div class="row">
        <div class="col-md-6 offset-md-3 col-sm-12">
          <h1 class="text-center">{{ title }}</h1>
          <br />
          <div id="status"></div>
          <div id="chat">
            <input
              type="text"
              v-model="name"
              id="username"
              class="form-control"
              placeholder="Enter name..."
            />
            <br />
            <div class="card">
              <div id="messages" class="card-block">
                <ul>
                  <li v-for="message of messages">
                    {{ message.name }}: {{ message.text }}
                  </li>
                </ul>
              </div>
            </div>
            <br />
            <textarea
              id="textarea"
              class="form-control"
              v-model="text"
              placeholder="Enter message..."
            ></textarea>
            <br />
            <button id="send" class="btn" @click.prevent="sendMessage">
              Send
            </button>
          </div>
        </div>
      </div>
    </div>

    <script src="main.js"></script>
  </body>
</html>
// assets/3000/main.js

const app = new Vue({
  el: '#app',
  data: {
    title: 'Nestjs Websockets Chat',
    name: '',
    text: '',
    messages: [],
    socket: null,
  },
  methods: {
    sendMessage() {
      if (this.validateInput()) {
        const message = {
          name: this.name,
          text: this.text,
        };
        this.socket.emit('msgToServer', message);
        this.text = '';
      }
    },
    receivedMessage(message) {
      this.messages.push(message);
    },
    validateInput() {
      return this.name.length > 0 && this.text.length > 0;
    },
  },
  created() {
    this.socket = io('http://localhost:3000/chat'); // assets/3001 폴더에서 3001 포트로 수정해줍니다.
    this.socket.on('msgToClient', (message) => {
      this.receivedMessage(message);
    });
  },
});
<!-- assets/3000/style.css -- > #messages {
  height: 300px;
  overflow-y: scroll;
}

#app {
  margin-top: 2rem;
}

chat1

참고 💡

VueJS 정적 페이지가 있는 assets에서 3000폴더와 3001폴더를 따로 만들어 준 이유는, 서로 다른 port에서 적용하는 모습을 보여주기 위함입니다.

현재는 3000 포트로 연결된 기본적인 소켓 통신 모습입니다.


3. Apply Websocket Adapter

Redis PUB/SUB

같은 서버가 Scale Out 하여 서버대수가 늘어나면 연결된 socket들도 분리가 됩니다. 이 때 Socket들을 관리해줄 중간 서버가 필요한데, 이는 Redis의 PUB/SUB 기능을 사용하여 관리합니다.

  • NestJS 서버의 WebSocket Adapter를 적용합시다.

    WebSocket 모듈은 platform-agnostic 입니다.

    platform-agnostic 이란?

    작동 시스템에 대한 아무런 지식이 없더라도 기능을 수행할 수 있도록 하는 기술.
    예를 들어, 플랫폼 애그노스틱(platform-agnostic) 소프트웨어 기술은 어떠한 운영 체제나 프로세서의 조합인지에 대한 아무런 지식이 없더라도 상관없이 기능을 수행할 수 있는 소프트웨어 기술을 의미한다.

    (한국정보통신기술협회-애그노스틱기술)

    따라서 사용자의 라이브러리나 소스를 컴파일하는 데 필요한 종속성들을 WebSocketAdpater 인터페이스를 만들어 사용함으로써 같이 사용할 수 있습니다.

    NestJS의 socket.io package는 IoAapter 클래스안에 래핑되었습니다. 현재 개발할려는 채팅 어플리케이션은 인스턴스가 가변적인 예제이기 때문에, IoAdapter를 상속받고 새로운 socket.io 서버를 인스턴스로 만드는 createIoServer method를 override 할 수 있습니다.

  • 그전에 필요한 package를 설치합시다.

$ npm i --save socket.io-redis
  • 설치를 완료했다면 RedisIoAdapter Class를 만듭시다.
// src/chat/redis.adapter.ts

export class RedisIoAdapter extends IoAdapter {
  createIOServer(port: number, options?: ServerOptions): any {
    const server = super.createIOServer(port, options);
    const redisAdapter = redisIoAdapter({
      host: process.env.REDIS_HOST,
      port: process.env.REDIS_PORT,
    });

    server.adapter(redisAdapter);
    return server;
  }
}
  • 그 후에, userWebSocketAdapter() method로 새롭게 만들어진 Redis adapter를 적용합시다.
// src/main.ts
// ...
const app = await NestFactory.create(ApplicationModule);
app.useWebSocketAdapter(new RedisIoAdapter(app));
// ...

참고 💡

socket.io-redis는 Socket.IO server version과 대응해줘야합니다. 현재 예제에서, socket.io-redis의 version은 5.4.0을, socket.io version는 package-lock.json을 확인한 결과, @nestjs/platform-socket.io package를 설치하면 2.4.1 version의 socket.io가 설치됩니다.

참고사이트


4. Test

  • NestJS Server를 각각 3000, 3001 server로 실행합니다.

    • scripts에서 환경변수 세팅을 위해 cross-env package를 설치해줍니다. (cross-env)
$ npm i cross-env

  • assets에서도 3000, 3001 로 구분하여 만들어 줍니다

    • 서로 다른 포트에서 소켓이 통신을 확인하기 위함입니다.
    • 자세한 내용은 Github Repository 의 assets directory에서 확인할 수 있습니다.

  • package.json에서 scripts를 추가해줍니다.

"start:3000": "cross-env NODE_PORT=3000 nest start",
"start:3001": "cross-env NODE_PORT=3001 nest start",
  • 서로 다른 포트에서 채팅이 통신이 되는지 확인합니다.
    chat2
    ㄴ 채팅 app page
    chat3
    ㄴ NestJS의 다른 port에서 실행한 모습

References

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NestJS 메일 발송 Dynamic Module

1개의 댓글

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changmin lee
2023년 3월 29일

7개월 전에 마주친 로드밸런싱+소켓 문제. 그 당시에도 노력했지만 해결에 실패해서 아픈 손가락으로 보류하였습니다.

7개월이 지난 최근에 똑같은 문제를 마주쳐서,
며칠을 구글링하고, 질문글을 올려보고, 답을 엉뚱한 sticky session에서 찾고 있었더군요.
제 비참한 개발실력에 좌절하고 있었는데, 이 글을 참고하여 덕분에 해결했습니다!!!!
이 주제에 관하여 공부하러 가보겠습니다.
만수무강 하십쇼.

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