CN112787993A - 一种基于udp协议高并发http请求缓存和内容推送系统及方法 - Google Patents

一种基于udp协议高并发http请求缓存和内容推送系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及URL访问处理技术领域，尤其涉及一种基于UDP协议高并发HTTP请求缓存和内容推送系统及方法，本发明包括UDPCache服务器和为UDPCache服务器提供URL缓存更新的HTTP源服务器，UDPCache服务器通过UDP协议进行通信连接有UDPCache客户端，还包括通过普通的HTTP短轮询UDPCache客户端的应用客户端，其中HTTP源服务器和UDPCache服务器设立在服务侧，UDPCache客户端和应用客户端设在客户侧。所述UDPCache服务器和UDPCache客户端均可扩展为多个，所述UDPCache服务器包括底层基础模块和功能模块，其中底层基础模块包括HTTP客户端模块、UDP消息处理模块和HTTP服务器模块，所述功能模块包括控制API服务模块、URL管理模块和用户管理模块。本发明保证服务器端的极低的资源开销，同时客户端易于使用，保持HTTP协议的便捷性。

Description

一种基于UDP协议高并发HTTP请求缓存和内容推送系统及 方法
技术领域
本发明涉及URL访问处理技术领域，特别涉及一种基于UDP协议高并发HTTP请求缓存和内容推送系统及方法。
背景技术
在一个使用大量客户端的应用场景下，一个常见的需求是一个服务器给海量客户端提供服务，服务器需要给所有客户端推送升级消息或者其他通知消息。在目前的网络状况下，这需要客户端保持与服务器的TCP长链接，或者客户端用UDP/TCP包对服务器不停进行轮询。即使使用长连接，为了保持链接不被中间的路由器/防火墙等设备断开，客户端也需要周期性地给服务器发送心跳消息，这都需要一个高并发的后端服务来做支撑。
从协议层面来说，客户端推送技术分为采用TCP和UDP推送的两大类方案：TCP推送：TCP推送可以有两种模式，一个是长连接模式，即客户端维持一个到服务器的长连接，服务器需要推送消息给客户端的时候，通过长连接发送消息，但为了保证连接不被断开，一般还需要结合周期性的心跳信号来“保活”。另外一个模式是TCP短链接轮询，即周期性的连接服务器，询问是否有自己的推送消息。在TCP推送里，可以是普通TCP连接，也可以是HTTP/WebSocket连接，后者在基于WEB技术的应用里更加普遍。UDP推送：一般就是UDP轮询，客户端周期性地给服务器发送UDP消息，询问是否有给自己的消息或者任务。
TCP推送的优点：在基于TCP的推送方案中，如果使用HTTP轮询或者WebSocket长连接方式，有个优点就是HTTP协议客户端容易开发使用，也可以直接通过浏览器中的JavaScript客户端给单页HTTP应用做消息推送。但基于HTTP的推送由于在TCP报文的基础上，封装HTTP消息，所以会使用更多的额外带宽开销。TCP推送的缺点：上述方法中，使用TCP协议开发消息推送服务，在并发客户端数目很多的情况下，服务器需要维护大量的TCP链接，这会占用大量服务器资源，同时发送心跳信号时，TCP包头和来往的ACK确认消息会占用额外的网络带宽。UDP推送的优缺点：上述方案中基于UDP的推送方案，由于服务器端不需要维护大量连接，同时协议报头开销也可以做得TCP方案更低，所以服务器端的资源占用会显著降低。UDP推送的缺点：在客户端一侧，由于大部分客户端的升级、消息推送等都是基于WEB技术开发，UDP协议不如TCP，特别是HTTP协议来的通用和常见，特别是浏览器中的WEB应用基本无法使用UDP协议(除了最新的浏览器通过WebRTC来支持，但也过于复杂)，所以基于UDP的推送难于在客户端使用。
发明内容
本发明提出了一种基于UDP协议的高并发HTTP请求缓存和内容推送系统包括UDPCache服务器和为UDPCache服务器提供URL缓存更新的HTTP源服务器，UDPCache服务器通过UDP协议进行通信连接有UDPCache客户端，还包括通过普通的HTTP短轮询UDPCache客户端的应用客户端，其中HTTP源服务器和UDPCache服务器设立在服务侧，UDPCache客户端和应用客户端设在客户侧。对于应用客户端，UDPCache客户端模块是一个普通的HTTP服务器。UDPCache客户端在收到应用客户端的URL请求后，会向UDPCache服务器订阅该URL，以告知服务器自己对该URL进行关注，以后发生变化应该主动通知。当应用客户端在退出程序，或者不在对之前轮询的URL关注的时候，可以调用UDPCache客户端的删除接口，从而让其给UDPCache服务器发送URL取消关注的消息，告知不再对此URL进行关注。
进一步，在服务侧，UDPCache服务器一方面是一个UDP推送服务器，另外一方面是一个普通的HTTP客户端，它访问HTTP源服务器，然后缓存到UDPCache服务器本地。UDPCache服务器类似squid等普通的HTTP缓存服务，它可以配置被缓存的URL的过期时间，也可以在当源站内容发生变化的时候，主动通过缓存更新请求“刷新”UDPCache服务器中缓存的URL。UDPCache服务器在检测到被缓存的URL内容发生了更新的时候，会主动通知关注了该URL的UDPCache客户端，从而在应用客户端下次轮询的时候，可以获取到更新后的内容。
进一步，所述UDPCache服务器和UDPCache客户端均可扩展为多个，所述UDPCache服务器包括底层基础模块和功能模块，其中底层基础模块包括HTTP客户端模块、UDP消息处理模块和HTTP服务器模块，所述功能模块包括控制API服务模块、URL管理模块和用户管理模块。由于单台服务器能支撑的并发数优先，UDPCache服务器可以采用如图7或者图8所示的集群部署方式。根据负载均衡机制的不同，如果负载均衡是会话级别的负载均衡，可以保证一个客户端持续性连接在某一个后端服务器上，那么服务器集群就可以使用图7所示的独立部署模式，服务器之间不用共享数据。如果负载均衡会对到来的请求进行包级别的均衡，那需要后端的UDPCache服务器共享用户和URL订阅信息。
进一步，其中URL管理模块包括URL转换脚本模块和URL转换扩展模块。URL管理模块最重要的是进行URL转换，对于UDPCache服务器收到的每一个订阅URL的请求，它参数可能携带有客户端相关的特征，URL转换模块的最用就是将收到的用户订阅URL通过外部URL转换脚本转换为用于请求HTTP源服务器的请求URL，URL转换的主要目的是，减少请求源站的URL的数目，例如用户请求的URL是：
https://www.xxxxxx.com/getUpdateMsg？Clientid＝123234&random＝123324，如果Clientid和random对于请求源站不重要，可以被上述URL转换为：
https://www.xxxxxx.com/getUpdateMsg这样所有应用客户端的请求最终其实只需要向源站请求一个URL。URL转换脚本也可以是任意规则，例如把域名做转换也可以。具体使用脚本来实现，目的是为了转换的灵活性。
进一步，其中HTTP客户端模块用于请求源站URL；UDP消息处理模块用于UDP消息的接收发送、封装解包以及分析处理，包括可靠消息的重传；HTTP服务器模块用于实现基础的HTTP Server的功能，主要用于给外部提供控制API；API服务模块用于给外部提供控制API，以用于URL更新、删除、在线用户查看处理；URL管理模块用于UDPCache客户端订阅的URL的管理；用户管理模块用于管理在线用户。
进一步，其中URL管理模块应用于URL转换时，具体将收到的用户订阅URL通过外部URL转换脚本模块转换为用于请求HTTP源服务器的请求URL。
进一步，所述UDPCache客户端包括HTTP服务器模块、URL管理模块和UDP消息处理模块；其中HTTP服务器模块为应用客户端提供普通的URL轮询请求接口，URL管理模块用于管理负责来自不同应用客户端的请求，UDP消息处理模块用于UDP消息的接收发送、封装解包、分析处理以及可靠消息的重传。
进一步，为尽量少占用资源，UDPCache协议的设计使用二进制格式，对于频繁发送的如心跳请求，仅需要10个字节。UDPCache服务器和客户端的协议交互如图5所示，应用客户端先给服务器发送登录消息。登录成功后，为了维持在线，周期性给服务器发送心跳信号。URL订阅以及取消订阅的消息作为负载封装在命令消息中传递给服务器。来往的消息是如图7所示格式的UDP消息，各个字段的取值说明如下：
ProtoFlag：协议特征头
Version:版本号
Reliable:是否是可靠消息，接收方收到可靠消息后需要回传Ack给发送端，否则发送端需要进行重传
Type：消息类型，取值如表1所示：
Figure BDA0002859299140000031
Figure BDA0002859299140000041
id：客户端ID，唯一标识客户端
svr_id：服务器ID，唯一标识某一台UDPCache服务器
SN：当前包的序列号
PayloadLen:负载内容字节长度
PayloadData:负载
本发明的一种基于UDP协议的高并发HTTP请求缓存和内容推送方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1:用户通过应用客户端通过HTTP短轮询访问运行在本机127.0.0.1或者本地网络的UDPCache客户端模块；
S2:UDPCache客户端在收到应用客户端的URL请求后，向UDPCache服务器订阅关注该URL，应用客户端在退出程序的时候，调用UDPCache客户端删除接口，让UDPCache客户端给UDPCache服务器发送UR取消关注消息；
S3:UDPCache服务器在接收到应用端发送的URL请求后，访问HTTP源服务器，然后将URL请求缓存到UDPCache服务器本地，并且UDPCache服务器对缓存到UDPCache服务器本地的URL请求配置过期时间，或者通过HTTP源服务器内容发生变化的时候，主动通过缓存更新请求刷新UDPCache服务器中缓存的URL，UDPCache服务器在检测到被缓存的URL内容发生了更新的时候，会主动通知关注了该URL的UDPCache客户端，以此在应用客户端下次轮询的时候，获取到更新后的内容。
进一步，应用客户端先给UDPCache服务器发送登录消息，登录成功后，为了维持在线，周期性给UDPCache服务器发送心跳信号，URL关注以及取消关注的消息作为负载封装在命令消息中传递给UDPCache服务器。
本发明的优点与积极效果在于：本发明的方法，通过UDP协议来进行HTTP请求缓存及内容推送的方法，该方法给客户端开发者提供了使用普通HTTP请求进行轮询的便捷接口，同时使用UDP协议与推送服务器进行交互，以保证服务器端的带宽、内存等资源的更小占用，此外还通过主动缓存更新、UDP订阅推送等机制来更新缓存在客户端缓存服务中的HTTP请求应答的结果。保证服务器端的极低的资源开销，同时客户端易于使用，保持HTTP协议的便捷性。
附图说明
图1是本发明的系统架构图；
图2是本发明的UDPCache服务器模块组成结构图；
图3是本发明的URL转换图；
图4是本发明的UDPCache客户端的结构图；
图5是本发明的UDPCache客户端与UDPCache服务器协议交互结构图；
图6是本发明的UDPCache协议包格式图；
图7是本发明的服务器独立部署模式的集群部署图；
图8是本发明的服务器共享存储模式的集群部署图。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明：
如图1-图8所示，本发明的一种基于UDP协议的高并发HTTP请求缓存和内容推送系统包括UDPCache服务器和为UDPCache服务器提供URL缓存更新的HTTP源服务器，UDPCache服务器通过UDP协议进行通信连接有UDPCache客户端，还包括通过普通的HTTP短轮询UDPCache客户端的应用客户端，其中HTTP源服务器和UDPCache服务器设立在服务侧，UDPCache客户端和应用客户端设在客户侧。对于应用客户端，UDPCache客户端模块是一个普通的HTTP服务器。UDPCache客户端在收到应用客户端的URL请求后，会向UDPCache服务器订阅该URL，以告知服务器自己对该URL进行关注，以后发生变化应该主动通知。当应用客户端在退出程序，或者不在对之前轮询的URL关注的时候，可以调用UDPCache客户端的删除接口，从而让其给UDPCache服务器发送URL取消关注的消息，告知不再对此URL进行关注。
本实施例中，在服务侧，UDPCache服务器一方面是一个UDP推送服务器，另外一方面是一个普通的HTTP客户端，它访问HTTP源服务器，然后缓存到UDPCache服务器本地。UDPCache服务器类似squid等普通的HTTP缓存服务，它可以配置被缓存的URL的过期时间，也可以在当源站内容发生变化的时候，主动通过缓存更新请求“刷新”UDPCache服务器中缓存的URL。UDPCache服务器在检测到被缓存的URL内容发生了更新的时候，会主动通知关注了该URL的UDPCache客户端，从而在应用客户端下次轮询的时候，可以获取到更新后的内容。
本实施例中，所述UDPCache服务器和UDPCache客户端均可扩展为多个，所述UDPCache服务器包括底层基础模块和功能模块，其中底层基础模块包括HTTP客户端模块、UDP消息处理模块和HTTP服务器模块，所述功能模块包括控制API服务模块、URL管理模块和用户管理模块。由于单台服务器能支撑的并发数优先，UDPCache服务器可以采用如图7或者图8所示的集群部署方式。根据负载均衡机制的不同，如果负载均衡是会话级别的负载均衡，可以保证一个客户端持续性连接在某一个后端服务器上，那么服务器集群就可以使用图8所示的独立部署模式，服务器之间不用共享数据。如果负载均衡会对到来的请求进行包级别的均衡，那需要后端的UDPCache服务器共享用户和URL订阅信息。
本实施例中，其中URL管理模块包括URL转换脚本模块和URL转换扩展模块。URL管理模块最重要的是进行URL转换，对于UDPCache服务器收到的每一个订阅URL的请求，它参数可能携带有客户端相关的特征，URL转换模块的最用就是将收到的用户订阅URL通过外部URL转换脚本转换为用于请求HTTP源服务器的请求URL，URL转换的主要目的是，减少请求源站的URL的数目，例如用户请求的URL是：
https://www.xxxxxx.com/getUpdateMsg？Clientid＝123234&random＝123324，如果Clientid和random对于请求源站不重要，可以被上述URL转换为：
https://www.xxxxxx.com/getUpdateMsg这样所有应用客户端的请求最终其实只需要向源站请求一个URL。URL转换脚本也可以是任意规则，例如把域名做转换也可以。具体使用脚本来实现，目的是为了转换的灵活性。
本实施例中，其中HTTP客户端模块用于请求源站URL；UDP消息处理模块用于UDP消息的接收发送、封装解包以及分析处理，包括可靠消息的重传；HTTP服务器模块用于实现基础的HTTP Server的功能，主要用于给外部提供控制API；API服务模块用于给外部提供控制API，以用于URL更新、删除、在线用户查看处理；URL管理模块用于UDPCache客户端订阅的URL的管理；用户管理模块用于管理在线用户。
本实施例中，其中URL管理模块应用于URL转换时，具体将收到的用户订阅URL通过外部URL转换脚本模块转换为用于请求HTTP源服务器的请求URL。
本实施例中，所述UDPCache客户端包括HTTP服务器模块、URL管理模块和UDP消息处理模块；其中HTTP服务器模块为应用客户端提供普通的URL轮询请求接口，URL管理模块用于管理负责来自不同应用客户端的请求，UDP消息处理模块用于UDP消息的接收发送、封装解包、分析处理以及可靠消息的重传。
本实施例中，为尽量少占用资源，UDPCache协议的设计使用二进制格式，对于频繁发送的如心跳请求，仅需要10个字节。UDPCache服务器和客户端的协议交互如图5所示，应用客户端先给服务器发送登录消息。登录成功后，为了维持在线，周期性给服务器发送心跳信号。URL订阅以及取消订阅的消息作为负载封装在命令消息中传递给服务器。来往的消息是如图7所示格式的UDP消息，各个字段的取值说明如下：
ProtoFlag：协议特征头
Version:版本号
Reliable:是否是可靠消息，接收方收到可靠消息后需要回传Ack给发送端，否则发送端需要进行重传
Type：消息类型，
取值如表1所示：
Figure BDA0002859299140000071
id：客户端ID，唯一标识客户端
svr_id：服务器ID，唯一标识某一台UDPCache服务器
SN：当前包的序列号
PayloadLen:负载内容字节长度
PayloadData:负载
本发明的一种基于UDP协议的高并发HTTP请求缓存和内容推送方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1:用户通过应用客户端通过HTTP短轮询访问运行在本机127.0.0.1或者本地网络的UDPCache客户端模块；
S2:UDPCache客户端在收到应用客户端的URL请求后，向UDPCache服务器订阅关注该URL，应用客户端在退出程序的时候，调用UDPCache客户端删除接口，让UDPCache客户端给UDPCache服务器发送UR取消关注消息；
S3:UDPCache服务器在接收到应用端发送的URL请求后，访问HTTP源服务器，然后将URL请求缓存到UDPCache服务器本地，并且UDPCache服务器对缓存到UDPCache服务器本地的URL请求配置过期时间，或者通过HTTP源服务器内容发生变化的时候，主动通过缓存更新请求刷新UDPCache服务器中缓存的URL，UDPCache服务器在检测到被缓存的URL内容发生了更新的时候，会主动通知关注了该URL的UDPCache客户端，以此在应用客户端下次轮询的时候，获取到更新后的内容。
本实施例中，应用客户端先给UDPCache服务器发送登录消息，登录成功后，为了维持在线，周期性给UDPCache服务器发送心跳信号，URL关注以及取消关注的消息作为负载封装在命令消息中传递给UDPCache服务器。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (8)

1.一种基于UDP协议的高并发HTTP请求缓存和内容推送系统，其特征在于，包括UDPCache服务器和为UDPCache服务器提供URL缓存更新的HTTP源服务器，以及对应的UDPCache客户端和应用客户端，UDPCache服务器通过UDP协议将URL内容推送给UDPCache客户端，然后应用客户端通过普通的HTTP短轮询从UDPCache客户端获取URL应答内容，其中HTTP源服务器和UDPCache服务器设立在服务侧，UDPCache客户端和应用客户端设在客户侧。
2.根据权利要求1所述的一种基于UDP协议的高并发HTTP请求缓存和内容推送系统，其特征在于，所述UDPCache服务器和UDPCache客户端均可扩展为多个，所述UDPCache服务器包括底层基础模块和功能模块，其中底层基础模块包括HTTP客户端模块、UDP消息处理模块和HTTP服务器模块，所述功能模块包括控制API服务模块、URL管理模块和用户管理模块。
3.根据权利要求2所述的一种基于UDP协议的高并发HTTP请求缓存和内容推送系统，其特征在于：其中URL管理模块包括URL转换脚本模块和URL转换扩展模块。
4.根据权利要求2所述的一种基于UDP协议的高并发HTTP请求缓存和内容推送系统，其特征在于：其中HTTP客户端模块用于请求源站URL；UDP消息处理模块用于UDP消息的接收发送、封装解包以及分析处理，包括可靠消息的重传；HTTP服务器模块用于实现基础的HTTPServer的功能，主要用于给外部提供控制API；API服务模块用于给外部提供控制API，以用于URL更新、删除、在线用户查看处理；URL管理模块用于UDPCache客户端订阅的URL的管理；用户管理模块用于管理在线用户。
5.根据权利要求3所述的一种基于UDP协议的高并发HTTP请求缓存和内容推送系统，其特征在于：其中URL管理模块应用于URL转换时，具体将收到的用户订阅URL通过外部URL转换脚本模块转换为用于请求HTTP源服务器的请求URL。
6.根据权利要求1所述的一种基于UDP协议的高并发HTTP请求缓存和内容推送系统，其特征在于：所述UDPCache客户端包括HTTP服务器模块、URL管理模块和UDP消息处理模块；其中HTTP服务器模块为应用客户端提供普通的URL轮询请求接口，URL管理模块用于管理负责来自不同应用客户端的请求，UDP消息处理模块用于UDP消息的接收发送、封装解包、分析处理以及可靠消息的重传。
7.一种基于UDP协议的高并发HTTP请求缓存和内容推送方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1:用户在应用客户端通过HTTP短轮询访问运行在本机127.0.0.1或者本地网络的UDPCache客户端模块；
S2:UDPCache客户端在收到应用客户端的URL请求后，向UDPCache服务器订阅关注该URL，应用客户端在退出程序的时候，调用UDPCache客户端的删除订阅接口，让UDPCache客户端给UDPCache服务器发送URL取消关注消息；
S3:UDPCache服务器在接收到应用端发送的URL请求后，访问HTTP源服务器，然后将URL请求缓存到UDPCache服务器本地，并且UDPCache服务器对缓存到UDPCache服务器本地的URL请求配置过期时间，或者通过HTTP源服务器内容发生变化的时候，主动通过缓存更新请求刷新UDPCache服务器中缓存的URL，UDPCache服务器在检测到被缓存的URL内容发生了更新的时候，会主动通知关注了该URL的UDPCache客户端，以此在应用客户端下次轮询的时候，获取到更新后的内容。
8.根据权利要求7所述一种基于UDP协议的高并发HTTP请求缓存和内容推送方法，其特征在于：应用客户端先给UDPCache服务器发送登录消息，登录成功后，为了维持在线，周期性给UDPCache服务器发送心跳信号，URL关注以及取消关注的消息作为负载封装在命令消息中传递给UDPCache服务器。
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