使用 Docker 和 Nginx 打造高性能的二维码服务
本文将演示如何使用 Docker 完整打造一个基于 Nginx 的高性能二维码服务，以及对整个服务镜像进行优化的方法。如果你的网络状况良好，完整操作和体验时间应不超过 15 分钟。
动手前的脑洞
最近有一个小需求，需要在页面中快速生成一些二维码。
说到生成二维码，方法很多，比如按照 QRCode 算法进行计算之后：
-
使用各种服务端语言，然后调用
GD绘图库在语言中的API进行绘制，并生成图片，然后配合能够提供HTTP服务的软件对用户提供图片访问地址。 -
使用服务端语言，然后使用
CSS和HTML生成可以识别的页面图案，然后配合能够提供HTTP服务的软件对用户提供图片访问地址。 -
使用客户端脚本，使用
Canvas生成二维码图片，或者和上一个方案一样，生成DOM图案。 -
…
但是只是为了一个功能，就去配置一套完整的语言环境，引入一堆三方依赖，总有一种杀鸡用牛刀的感觉，并且在资源利用效率上来说，也不是最优解。
而使用客户端进行生成，现在虽然不存在太多的兼容问题，但是需要额外引入脚本资源，图片生成效率也相对较慢。
那么有没有什么环保高效的方案呢？
自然是有的，还是选择服务端生成，但是扔掉语言运行时，直接使用 Nginx 提供服务。
使用 Nginx 进行二维码生成
这里可以使用一个现成的开源模块 ngx_http_qrcode_module 。
它通过将用户请求参数进行转换，并调用使用 C 实现的二维码快速生成库 libqrencode 的 QRcode_encodeString实现二维码快速生成，在未开启缓存的情况下，测试平均生成图片在 10ms 左右。
为了方便大家理解全部的安装配置过程，我先提供一个“啰嗦”版本的 Dockerfile：
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FROM ubuntu:18.04 -
RUN cat /etc/apt/sources.list | sed -e "s/archive.ubuntu.com/mirrors.aliyun.com/" | sed -e "s/security.ubuntu.com/mirrors.aliyun.com/" | tee /etc/apt/sources.list -
RUN apt update && -
apt install -y unzip wget -
WORKDIR /data -
# https://github.com/fukuchi/libqrencode -
RUN apt install -y autoconf automake autotools-dev libtool pkg-config libpng-dev && -
cd /data && wget https://github.com/fukuchi/libqrencode/archive/master.zip && unzip master.zip && rm -rf master.zip && -
cd libqrencode-master && ./autogen.sh && ./configure && make && make install && ldconfig && -
cd .. && rm -rf libqrencode-master -
RUN apt install -y libgd-dev -
ADD ngx_http_qrcode /data/ngx_http_qrcode -
ADD nginx-1.15.5.tar.gz /data -
ADD nginx.conf /data -
RUN apt install -y libpcre3 libpcre3-dev && -
cd nginx-1.15.5 && ./configure --add-module=../ngx_http_qrcode/ && -
make && make install && mv /data/nginx.conf /usr/local/nginx/conf/nginx.conf && -
cd .. && rm -rf ngx_http_qrcode
将上面的文件保存完毕。接下来我们来配置 Nginx。
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worker_processes 1; -
events { -
worker_connections 1024; -
} -
http { -
include mime.types; -
default_type application/octet-stream; -
sendfile on; -
keepalive_timeout 65; -
server { -
listen 80; -
server_name localhost; -
location / { -
set $fg_color 000000; -
set $bg_color FFFFFF; -
set $level 0; -
set $hint 2; -
set $size 300; -
set $margin 80; -
set $version 2; -
set $case 0; -
set $txt "https://soulteary.com"; -
if ( $arg_fg_color ){ -
set $fg_color $arg_fg_color; -
} -
if ( $arg_bg_color ){ -
set $bg_color $arg_bg_color; -
} -
if ( $arg_level ){ -
set $level $arg_level; -
} -
if ( $arg_hint ){ -
set $hint $arg_hint; -
} -
if ( $arg_size ){ -
set $size $arg_size; -
} -
if ( $arg_margin ){ -
set $margin $arg_margin; -
} -
if ( $arg_ver ){ -
set $version $arg_ver; -
} -
if ( $arg_case ){ -
set $case $arg_case; -
} -
if ( $arg_txt ){ -
set $txt $arg_txt; -
} -
qrcode_fg_color $fg_color; -
qrcode_bg_color $bg_color; -
qrcode_level $level; -
qrcode_hint $hint; -
qrcode_size $size; -
qrcode_margin $margin; -
qrcode_version $version; -
qrcode_casesensitive $case; -
qrcode_urlencode_txt $txt; -
qrcode_gen; -
} -
} -
}
将上面的配置保存为 nginx.conf，然后使用下面的命令进行镜像构建。
-
docker build -t docker.lab.com/qrcode.lab.com .
如果你的网络通畅，5分钟之内，这个镜像就构建完毕了。接下来，我们对它进行一下可用性验证。
将下面的配置文件保存为 docker-compose.yml，然后使用 docker-compose up 命令启动，一个支持 HTTP/HTTPS，域名为 qrcode.lab.com 的网站就准备就绪了。
这里我使用了 Traefik 进行服务发现，感兴趣的童鞋可以参考我以前写的文章： 使用服务发现改善开发体验 、 更完善的 Docker + Traefik 使用方案 、使用 Traefik 的一些补充细节），一旦你开始使用并掌握了它，你会发现搭建高可扩展的 Web 服务变的更简单了。
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version: '3' -
services: -
qrcode: -
image: docker.lab.com/qrcode.lab.com:0.0.2 -
expose: -
- 80 -
networks: -
- traefik -
labels: -
- "traefik.enable=true" -
- "traefik.port=80" -
- "traefik.frontend.rule=Host:qrcode.lab.com" -
- "traefik.frontend.entryPoints=http,https" -
networks: -
traefik: -
external: true
然后我们在浏览器中分别访问，来验证二维码服务是否就绪：
-
https://qrcode.lab.com -
https://qrcode.lab.com/?size=150&margin=20&txt=https%3A%2F%2Fsoulteary.com
看来服务是正常运行的，本文的基础需求到这里就解决了，并且，为了这个服务能够更好的被使用，我们可以在书签中输入下面的脚本代码：
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javascript:(function(){document.location.href='https://qrcode.lab.com/?size=150&txt='+encodeURIComponent(document.location.href);})()
当你点击书签的时候，会将当前页面自动转换为一个可以扫描的二维码。
通过整合语句优化容器镜像
虽然上面的内容已经满足了我们的基础需求，但是作为一个有追求的开发者，我们不光是要追求执行效率，还要追求储存效率。
虽然 Nginx 的运行资源占用不多。
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top - 09:50:29 up 21 days, 19 min, 0 users, load average: 0.03, 0.05, 0.05 -
Tasks: 4 total, 1 running, 3 sleeping, 0 stopped, 0 zombie -
%Cpu(s): 0.3 us, 0.3 sy, 0.0 ni, 99.4 id, 0.0 wa, 0.0 hi, 0.0 si, 0.0 st -
KiB Mem : 6101684 total, 332268 free, 3649484 used, 2119932 buff/cache -
KiB Swap: 998396 total, 936632 free, 61764 used. 2122020 avail Mem -
PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND -
8 nobody 20 0 72352 4792 3124 S 0.7 0.1 0:00.02 nginx -
1 root 20 0 70800 4996 4240 S 0.0 0.1 0:00.01 nginx
但是使用 docker images 命令查看镜像详情，我们可以看到这个镜像还是挺大的，有 400+MB。
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REPOSITORY TAG IMAGE ID CREATED SIZE -
docker.lab.com/qrcode.lab.com 0.0.1 d98376b43ae9 About a minute ago 454MB
这里我们修改一下上面的镜像 Dockerfile，尝试重新进行镜像构建。
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FROM ubuntu:18.04 -
RUN cat /etc/apt/sources.list | sed -e "s/archive.ubuntu.com/mirrors.aliyun.com/" | sed -e "s/security.ubuntu.com/mirrors.aliyun.com/" | tee /etc/apt/sources.list -
WORKDIR /tmp -
RUN apt update && apt install -y unzip wget autoconf automake autotools-dev libtool pkg-config libpng-dev libgd-dev libpcre3 libpcre3-dev && -
wget https://nginx.org/download/nginx-1.15.5.tar.gz && tar -zxvf nginx-1.15.5.tar.gz && rm -rf nginx-1.15.5.tar.gz && -
wget https://github.com/dcshi/ngx_http_qrcode_module/archive/master.zip && unzip master.zip && mv ngx_http_qrcode_module-master ngx_http_qrcode_module && rm -rf master.zip && -
wget https://github.com/fukuchi/libqrencode/archive/master.zip && unzip master.zip && mv libqrencode-master libqrencode && -
cd libqrencode && ./autogen.sh && ./configure && make && make install && ldconfig && -
cd /tmp/nginx-1.15.5 && ./configure --add-module=../ngx_http_qrcode_module/ && make && make install && -
apt remove -y unzip wget autoconf automake autotools-dev libtool pkg-config && -
rm -rf /tmp/* && rm -rf /var/cache/ -
ADD nginx.conf /usr/local/nginx/conf/nginx.conf -
EXPOSE 80 -
ENTRYPOINT [ "/usr/local/nginx/sbin/nginx", "-g", "daemon off;" ]
再次构建完毕，我们会发现镜像只是减少了 35MB，相比较 400MB 多的整体体积，优化部分杯水车薪。
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REPOSITORY TAG IMAGE ID CREATED SIZE -
docker.lab.com/qrcode.lab.com 0.0.1 a24ffc73121a 1 minutes ago 420MB
那么优化就到此为止了么？显然不是。
通过优化基础镜像来优化容器镜像
这里我们选择使用体积更小的 Linux 镜像， Alpine来进行同样功能的二维码服务的容器镜像。
因为 Alpine 和 Ubuntu 不是一个社区进行维护，所以软件包很多名称是不同的，这里我直接提供我已经查找修改完毕的镜像文件。
如果你也有类似的需求，需要将不同系统的软件进行迁移安装，可以在 https://pkgs.alpinelinux.org/packages 查找你所需要的软件包的名称。
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FROM alpine:3.8 -
RUN cat /etc/apk/repositories | sed -e "s/dl-cdn.alpinelinux.org/mirrors.aliyun.com/" | tee /etc/apk/repositories && -
apk --update add openssl-dev pcre-dev zlib-dev wget build-base autoconf automake libtool libpng-dev libgd pcre pcre-dev pkgconfig gd-dev && -
cd /tmp && -
wget https://nginx.org/download/nginx-1.15.5.tar.gz && tar -zxvf nginx-1.15.5.tar.gz && rm -rf nginx-1.15.5.tar.gz && -
wget https://github.com/dcshi/ngx_http_qrcode_module/archive/master.zip && unzip master.zip && mv ngx_http_qrcode_module-master ngx_http_qrcode_module && rm -rf master.zip && -
wget https://github.com/fukuchi/libqrencode/archive/master.zip && unzip master.zip && mv libqrencode-master libqrencode && -
cd libqrencode && ./autogen.sh && ./configure && make && make install && ldconfig || true && -
cd /tmp/nginx-1.15.5 && ./configure --add-module=../ngx_http_qrcode_module/ && make && make install && -
apk del build-base autoconf automake pkgconfig && -
rm -rf /tmp/* && rm -rf /var/cache/apk/* -
ADD nginx.conf /usr/local/nginx/conf/nginx.conf -
EXPOSE 80 -
ENTRYPOINT [ "/usr/local/nginx/sbin/nginx", "-g", "daemon off;" ]
当镜像打包完毕，我们再次查看镜像体积，可以看到体积有了明显的优化效果。
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REPOSITORY TAG IMAGE ID CREATED SIZE -
docker.lab.com/qrcode.lab.com 0.0.2 d236b96c8950 1 minutes ago 79.1MB
最后
还记得本文标题中的关键词“高性能”嘛，虽说我个人测试单实例的响应时间都在 10ms 左右，但是如果你真的考虑使用它做对外服务的话，可以使用下面的命令，根据自己情况对节点进行动态扩容，成倍提高服务响应能力。
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docker-compose scale qrcode=4
或者使用
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docker-compose up --scale qrcode=2 -d
如果你也是 Traefik 用户，你将会看到你的实例被成功进行挂载以及流量负载均衡。
另外，为了避免被恶意利用，还需要考虑使用 Nginx / iptable 的 req_limit 等模块限制访问频率，以及适当修改 ngx_http_qrcode_module 生成内容和图片尺寸的判断。