如何编写一个 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：
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：
const req = http.request(
{
hostname: "目标服务器地址",
port: "80",
path: "请求路径",
headers: {
"x-y-z": "请求头"
}
},
function(res) {
// res 为响应对象
console.log(res.statusCode);
}
);
// 如果有请求体需要发送，使用 write() 和 end()
req.end();
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 ：
const http = require("http");
const assert = require("assert");
const log = require("./log");
/** 反向代理中间件 */
module.exports = function reverseProxy(options) {
assert(Array.isArray(options.servers), "options.servers 必须是数组");
assert(options.servers.length > 0, "options.servers 的长度必须大于 0");
// 解析服务器地址，生成 hostname 和 port
const servers = options.servers.map(str => {
const s = str.split(":");
return { hostname: s[0], port: s[1] || "80" };
});
// 获取一个后端服务器，顺序循环
let ti = 0;
function getTarget() {
const t = servers[ti];
ti++;
if (ti >= servers.length) {
ti = 0;
}
return t;
}
// 生成监听 error 事件函数，出错时响应 500
function bindError(req, res, id) {
return function(err) {
const msg = String(err.stack || err);
log("[%s] 发生错误: %s", id, msg);
if (!res.headersSent) {
res.writeHead(500, { "content-type": "text/plain" });
}
res.end(msg);
};
}
return function proxy(req, res) {
// 生成代理请求信息
const target = getTarget();
const info = {
...target,
method: req.method,
path: req.url,
headers: req.headers
};
const id = `${req.method} ${req.url} => ${target.hostname}:${target.port}`;
log("[%s] 代理请求", id);
// 发送代理请求
const req2 = http.request(info, res2 => {
res2.on("error", bindError(req, res, id));
log("[%s] 响应: %s", id, res2.statusCode);
res.writeHead(res2.statusCode, res2.headers);
res2.pipe(res);
});
req.pipe(req2);
req2.on("error", bindError(req, res, id));
};
};
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 ：
const http = require("http");
const log = require("./log");
const reverseProxy = require("./proxy");
// 创建反向代理服务器
function startProxyServer(port) {
return new Promise((resolve, reject) => {
const server = http.createServer(
reverseProxy({
servers: ["127.0.0.1:3001", "127.0.0.1:3002", "127.0.0.1:3003"]
})
);
server.listen(port, () => {
log("反向代理服务器已启动: %s", port);
resolve(server);
});
server.on("error", reject);
});
}
// 创建演示服务器
function startExampleServer(port) {
return new Promise((resolve, reject) => {
const server = http.createServer(function(req, res) {
const chunks = [];
req.on("data", chunk => chunks.push(chunk));
req.on("end", () => {
const buf = Buffer.concat(chunks);
res.end(`${port}: ${req.method} ${req.url} ${buf.toString()}`.trim());
});
});
server.listen(port, () => {
log("服务器已启动: %s", port);
resolve(server);
});
server.on("error", reject);
});
}
(async function() {
await startExampleServer(3001);
await startExampleServer(3002);
await startExampleServer(3003);
await startProxyServer(3000);
})();
执行以下命令启动：
node server.js
然后可以通过 curl 命令来查看返回的结果：
curl http://127.0.0.1:3000/hello/world
连续执行多次该命令，如无意外输出结果应该是这样的(输出内容端口部分按照顺序循环)：
3001: GET /hello/world
3002: GET /hello/world
3003: GET /hello/world
3001: GET /hello/world
3002: GET /hello/world
3003: GET /hello/world
注意：如果使用浏览器来打开该网址，看到的结果顺序可能是不一样的，因为浏览器会自动尝试请求 /favicon ，这样刷新一次页面实际上是发送了两次请求。
单元测试
上文我们已经完成了一个基本的 HTTP 反向代理程序，也通过简单的方法验证了它是能正常工作的。但是，我们并没有足够的测试，比如只验证了 GET 请求，并没有验证 POST 请求或者其他的请求方法。而且通过手工去做更多的测试也比较麻烦，很容易遗漏。所以，接下来我们要给它加上自动化的单元测试。
在本文中我们选用在 Node.js 界应用广泛的 mocha 作为单元测试框架，搭配使用 supertest 来进行 HTTP 接口请求的测试。由于 supertest 已经自带了一些基本的断言方法，我们暂时不需要chai 或者 should 这样的第三方断言库。
首先执行 npm init 初始化一个 package.json 文件，并执行以下命令安装 mocha 和 supertest ：
npm install mocha supertest --save-dev
然后新建文件 test.js ：
const http = require("http");
const log = require("./log");
const reverseProxy = require("./proxy");
const { expect } = require("chai");
const request = require("supertest");
// 创建反向代理服务器
function startProxyServer() {
return new Promise((resolve, reject) => {
const server = http.createServer(
reverseProxy({
servers: ["127.0.0.1:3001", "127.0.0.1:3002", "127.0.0.1:3003"]
})
);
log("反向代理服务器已启动");
resolve(server);
});
}
// 创建演示服务器
function startExampleServer(port) {
return new Promise((resolve, reject) => {
const server = http.createServer(function(req, res) {
const chunks = [];
req.on("data", chunk => chunks.push(chunk));
req.on("end", () => {
const buf = Buffer.concat(chunks);
res.end(`${port}: ${req.method} ${req.url} ${buf.toString()}`.trim());
});
});
server.listen(port, () => {
log("服务器已启动: %s", port);
resolve(server);
});
server.on("error", reject);
});
}
describe("测试反向代理", function() {
let server;
let exampleServers = [];
// 测试开始前先启动服务器
before(async function() {
exampleServers.push(await startExampleServer(3001));
exampleServers.push(await startExampleServer(3002));
exampleServers.push(await startExampleServer(3003));
server = await startProxyServer();
});
// 测试结束后关闭服务器
after(async function() {
for (const server of exampleServers) {
server.close();
}
});
it("顺序循环返回目标地址", async function() {
await request(server)
.get("/hello")
.expect(200)
.expect(`3001: GET /hello`);
await request(server)
.get("/hello")
.expect(200)
.expect(`3002: GET /hello`);
await request(server)
.get("/hello")
.expect(200)
.expect(`3003: GET /hello`);
await request(server)
.get("/hello")
.expect(200)
.expect(`3001: GET /hello`);
});
it("支持 POST 请求", async function() {
await request(server)
.post("/xyz")
.send({
a: 123,
b: 456
})
.expect(200)
.expect(`3002: POST /xyz {"a":123,"b":456}`);
});
});
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
本文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。
如何编写一个 HTTP 反向代理服务器：等您坐沙发呢！