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weroll - 快速搭建Node.js应用程序脚手架（3）- 使用Redis实现在线用户数统计

统计在线用户数是一个很常见的功能，在这篇文章，我们主要讨论实现过程中的问题，以及介绍作者本人的实现方式。

以作者的经验看来，统计在线用户数主要有以下2个问题：

1. 何时记录为在线状态，何时记录为离线状态

这个问题白说了就是我们如何来判断用户是在线还是离线。对于在线判断还是比较容易的，只要用户访问了页面，或者调用了API，我们就知道用户是在线的，甚至我们可以给客户端开放一个心跳的接口，让客户端定时调用，表示客户端处于活动状态。但是对于离线的判断就比较困难了，大多数web应用是用http短连接的方式进行交互，不存在状态维护，客户端关掉浏览器甚至关机，服务端是不知道的。因此作者的做法是统计在1分钟之内（或者3分钟之内，随便你喜欢）的在线数，向精确靠拢。

2. 客户端唯一标识

当服务端接收到多个请求时，我们如何确定是同一个客户端发出还是多个客户端发出的？对于必须要注册才能使用的应用来说，这个比较简单，用户的id就是客户端的唯一标识。而对于允许游客访问的应用，我们就要想办法给客户端制造一个唯一标识：

移动应用客户端- 可以使用设备的UUID，硬件序列号等信息，作为客户端唯一标识。

浏览器应用客户端- 可以使用浏览器的user-agent信息，加上客户端ip，作为客户的唯一标识。

但是我们还需要考虑到这样的场景，对于一家公司/机构/单位，或者是一栋大楼，拥有数十台甚至成百上千台电脑，但是对于出口网络，仅仅只有1个或者数个IP。如果仅仅使用 user-agent + client-ip 来作唯一标识，那么很容易造成客户端身份重复，实际一栋大楼里有100个在线用户，但很可能只识别出20个不同的客户端。

那么客户端用硬件的信息（如网卡MAC地址等）来作唯一标识呢？作者认为对于浏览器客户端来说，要获取这样的硬件信息十分困难，而且这样意味着对客户端过分的依赖。

那么作者的做法是这样的：

使用 Redis的有序集 来记录用户的在线时间和客户端唯一标识。使用 ZCOUNT 命令可以很容易的统计出某个时间段内的用户数。
获取请求中 cookies 或 headers 中的 identifyid 数据，如果不存在，则使用： md5(user-agent + client-ip + Date.now()) 这样的规则来生成一个 UUID ，并写到cookies里响应给客户端，下次请求客户端就会附带上这个数据作为我们识别它的唯一标识。

Talk is cheap. Show me the code. -- Linus Torvalds

构建项目工程

按照例常，我们先看看工程最后的结构：

weroll - 快速搭建Node.js应用程序脚手架（3）- 使用Redis实现在线用户数统计

我们还是使用 weroll 来构建这个项目，这里我们就不冗述了，请参考：

weroll 项目NPM主页

weroll - 快速搭建Node.js应用程序脚手架（1）- 2分钟Demo

weroll - 快速搭建Node.js应用程序脚手架（2）- 使用Schedule实现一个服务器性能监控应用

定义心跳API

首先我们来定义一个处理客户端心跳请求的API，客户端可以定时调用，保持自己的在线状态。我们将使用 Redis有序集 来维护客户端的在线状态。

Redis有序集的每一条数据由score和member组成，我们可以理解为分数和值。分数的作用是排序，而值是一个字符串，如果同一个值以不同的分数多次写入redis，则最近的一次分数将会覆盖之前的分数，同一个值在有序集中只有一条数据。关于Redis有序集命令可以参考这里。

我们把客户的UUID作为有序集的值，而把心跳触发的时间戳作为分数，这样客户的每一次心跳，都会刷新在Redis有序集中的排序位置。

/* ./server/service/UserService.js */

exports.config = {
    name: "user",
    enabled: true,
    security: {
        //@heartbeat 用户心跳
        "heartbeat":{ needLogin:false }
    }
};

var Redis = require("weroll/model/Redis");

//使用Redis的有序集来维护用户的在线时间
function keepAlive(identifyID, offline) {
    var redisKey = Redis.join("user_alive_sort");
    if (offline) {
        //如果用户登出，则从有序集中删除用户信息
        Redis.do("zrem", [ redisKey, identifyID ], function(err) {
            if (err) return console.error("Redis.zrem('user_alive_sort') error --> ", err);
            console.log( "user offline: " + identifyID );
        });
    } else {
        //如果用户登入或触发心跳，则刷新有序集中的用户最新在线时间
        Redis.do("zadd", [ redisKey, Date.now(), identifyID ], function(err) {
            if (err) return console.error("Redis.zadd('user_alive_sort') error --> ", err);
            console.log( "keep user alive: " + identifyID );
        });
    }
}

exports.heartbeat = function(req, res, params) {
    //写入在线状态
    //req._identifyID 表示客户端的UUID，由weroll自动生成
    keepAlive(req._identifyID);
    //响应客户端
    res.sayOK();
}

以上代码我们定义了一个名为 user.heartbeat 的API，用来处理客户端心跳。 keepAlive 方法则封装了对 Redis 的写数据操作。在weroll中如何使用Redis请参考官方文档 weoll - Guide : Redis 。

req._identifyID 表示客户端的UUID，由weroll自动生成。我附上它封装的主要代码给予参考，感兴趣的可以直接看 github上的源码：

//解析客户端IP
req._clientIP = Utils.parseIP(req);
//尝试从cookies中获取UUID
var identifyid = req.cookies.identifyid;
if (!identifyid) {
    //生成UUID，并写到响应cookies里
    identifyid = md5(req.headers["user-agent"] + req._clientIP + Date.now());
    res.cookie("identifyid", identifyid);
}
req._identifyID = identifyid;

req._clientIP 标识客户端IP，weroll也在请求接收时进行了解析，开发者可以直接使用。相关的解析代码是这样的：

exports.parseIP = function (req) {
    try {
        //req.headers['X-Real-IP']和req.headers['X-Forwarded-For']用于
        //解析由Nginx或其他web运行容器代理转发的请求的客户端IP
        var ip = req.headers['X-Real-IP'] ||
            req.headers['X-Forwarded-For'] ||
            req.connection.remoteAddress ||
            req.socket.remoteAddress ||
            req.connection.socket.remoteAddress;
        if (ip == "::1" || ip == "127.0.0.1") ip = "0.0.0.0";
        return ip;
    } catch (err) {
        return "unknown"
    }
}

以上就是心跳API的定义，我们已经完成了在线状态的写操作。接下来我们来实现读操作。

实现页面显示当前在线用户数

让我们来定义一个index.html页面的路由，创建 ./server/router/index.js 脚本：

/* ./server/router/index.js */

var Redis = require("weroll/model/Redis");

//计算当前的在线用户数, range表示N分钟以内的在线数
function countOnlineUser(range, callBack) {
    range =  range * 60 * 1000;

    var now = Date.now();
    var fromTime = now - range;
    Redis.do("zcount", [ Redis.join("user_alive_sort"), fromTime, "+inf" ], function(err, res) {
        if (err) return callBack(err);
        //redis返回的结果即是这个时段内的在线用户数
        var result = { num:Number(res), fromTime:fromTime, toTime:now };
        callBack(null, result);
    });
}

function renderIndexPage(req, res, output, user) {
    //强制触发一次心跳
    req.callAPI("user.heartbeat", {}, function () {

        //获得1分钟内的在线数
        countOnlineUser(1, function(err, result) {
            //如果有异常，则跳到error.html页面来显示错误
            if (err) return output(null, err);
            //渲染页面
            output(result);
        });

    });
}

exports.getRouterMap = function() {
    return [
        { url: "/", view: "index", handle: renderIndexPage, needLogin:false },
        { url: "/index", view: "index", handle: renderIndexPage, needLogin:false }
    ];
}

获得在线用户数的关键就是 Redis的ZCOUNT 命令，开发者可以自己定义统计的时间段，比如1分钟内的，那么意味着如果客户端超过1分钟没有触发心跳，则在有序集中的位置就会下降，以至于被排除在时间段内。

最好我们来写一个简单的HTML页面来显示当前在线数：

<!-- ./client/views/index.html -->

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>OnlineApp</title>
</head>
<body>
    <div style="padding: 20px; font-size:24px;">
        当前在线用户数: {{data.num}}
    </div>
</body>
</html>

weroll默认使用 nunjucks 作为模板引擎，详细使用请参考 nunjucks官方文档。

最后启动项目，打开浏览器，使用两个不同的浏览器分别进入网址 http://localhost:3000/ 看看实际效果。