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WebSocketでリアルタイム処理をする

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WebSocketを使って位置情報のトラッキングをリアルタイム処理するシステムを紹介。Heroku+Node Ninjaを使用。

WebSocketを使って位置情報のトラッキングをリアルタイム処理するシステムを紹介。Heroku+Node Ninjaを使用。


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  • 1. WebSocketで リアルタイム処理をする @mapserver2007 / Ryuichi TANAKA
  • 2. WebSocketといえば リアルタイムなチャットがすぐ思いつく が、ありふれてる上にチャットなんて別にブラウザで使わ ない LINE もっと実用的なアプリを作る WebSocket+位置情報でリアルタイムトラッキングWebSocket+位置情報でリアルタイムトラッキング 自転車、自動車、人間、なんでも監視できる 地図を使えばブラウザ開いているだけでリアルタイム監視
  • 3. 今やっていること Aphrael(アフラエル)というシステムを開発中 その過程でWebSocketの勉強をしているので報告
  • 4. Aphrael 自転車盗難防止システム 自転車に端末を設置(Android)し、監視するシステム Android端末では、侵入検知(Bluetooth)、盗難検知(加速 度センサー)、移動検知(GPS)を行い、情報をサーバへ送信 する。 サーバはデータを保存、ソーシャルアプリ(Twiter、SMSサーバはデータを保存、ソーシャルアプリ(Twiter、SMS 等)、ブラウザ(Chrome)へ送信し監視者へ通知する。
  • 5. システム概要 Android端末を自転車のサドルバッグに設置し、GPS、セ ンサを利用して自転車を監視する 自転車の不正な動き(自転車を動かしたり)を検知したら サーバへ送信し、管理者へ通知 自転車の盗難を検知したらトラッキング開始 自転車の盗難状況はChromeでリアルタイム監視自転車の盗難状況はChromeでリアルタイム監視
  • 6. 開発体制 共同開発になった。 https://github.com/yuanying Android、Rails、インフラ担当 Android4.x Rails4/Ruby2.0 https://github.com/mapserver2007 Chrome、node.js担当 Chrome27(2013年7月最新版)でのExtension node.js v0.11.3(2013年7月でのnpm利用の最新版) 本当はv0.12.xでyield使いたいのでアップデートするかも Androidもやる予定 ソースコード https://github.com/aphrael 子プロジェクトが4つ(Rails/Android/Chrome/node.js)
  • 7. システム構成
  • 8. システム構成(俺担当) ここを作ってる
  • 9. 急遽変更した点 Chromeとリアルタイム通信する箇所は当初は GCM(Google Cloud Messaging for Chrome)を使って いたが、node.jsに完全移行した。 変更した理由は、リクエスト回数制限(10000req/day)と APIの機能不足 複数ユーザで連続通信した場合越える可能性が高い 機能が少ない。例えばGCMは接続する全てのクライアントに同機能が少ない。例えばGCMは接続する全てのクライアントに同 じデータを送りつけるためユーザ単位の制御ができない。クライ アントの特定はChromeExtensionのChannelIdだが、インス トールしたクライアントですべて同じIDになってしまうため個別 の制御ができない 外部サービスに頼るのは基本的によくない(仕様変更、勉強の観点 から) Google Cloud Messaging for Chromeの基本について はhttp://www.slideshare.net/mapserver2007/web- 20130525を参照してください。
  • 10. Chrome+node.jsでやりたいこと ChromeExtensionから画面に表示されている内容をDOM で書き換えられるか。 Webページに設置した地図の位置をExtensionから変更できるか WebSocketで受け取ったデータ(経緯度)の位置を表示する。 これにより、サーバが送信した位置情報をリアルタイムに 画面で描画することができるか。画面で描画することができるか。 Webページの地図をずっと開いておくだけ。リロードの必要も ポーリングも必要ない。常にリアルタイムの位置情報をフリーハ ンドで確認できる。
  • 11. 片付けるべき課題 WebSocket接続中に緯度経度情報を受け取って、表示中 の地図を更新できるか(正常系) クライアント側で接続が切断された場合、すぐに再接続が できるか(タイムアウトの検知=デフォルト不可) サーバ側で接続が切断された場合またはサーバが再起動し た場合、クライアントと再接続できるかた場合、クライアントと再接続できるか 基本的に利便性を優先するため、地図表示中に接続が切れ てもすぐに再接続+更新処理の続行を可能にする(利用者に は切断・再接続を意識させない作りにする) コネクションがゾンビになったりしないような作りにする (きちんと切断して開放する)
  • 12. node.js選択の理由 実装が圧倒的に楽 WebSocketサーバを10行程度で書ける HTTPサーバとWebSocketサーバを一つのソースで書け る WebSocketのサーバ、HTTP(REST API)サーバを同時に動かせ るる ライブラリが豊富 WebSocket絡みなら大抵ある。便利なものから基本的な Socket.ioなど。 インストールが楽 npmとnvmで管理すればバージョンごとの動作も簡単
  • 13. WebSocketとは 永続的な通信を行えることで、HTTPでは難しかったサー バクライアントの双方向通信が簡単に実現できる HTTPでは不可能ではないが、オーバヘッドが大きい HTTPの様にクライアント→サーバの一方向ではなく、 サーバ→クライアントの通信が可能 接続はクライアントから行うが、確立してしまえば双方向通信が接続はクライアントから行うが、確立してしまえば双方向通信が 可能 GCMはChannelIdで特定するのか、サーバ→クライアントの接 続が可能 プロトコルは「ws://, wss://」 大抵のモダンブラウザ(Chrome14~、Firefox6~、Safari5~、 IE10~)なら対応している
  • 14. WebSocketを使う意味 HTTPでポーリング、ロングポールを使ったら負けだと思 う ポーリングは論外(無駄通信が多すぎる。コストが高すぎ) ポーリングが許されるのは小学生まで ロングポール(Comet)はオーバヘッドが多すぎる(大量の人数が同 時にコネクションを長時間保持することになる)。しかたなく使っ ていた技術という感がある。時代遅れ。ていた技術という感がある。時代遅れ。 ロングポールが許されるのはLingrだけ 現代人ならWebSocket使いましょうよ つまりWebSocketも使えないようなブラウザは捨てろ
  • 15. ChromeExtensionの構成(manifest.json) { "manifest_version": 2, "name": "Aphrael", "description": "Aphrael for chrome", "version": "0.0.1", "permissions": [ "pushMessaging", "notifications", "tabs" ],], "background": { "scripts": ["notify.js"] }, "content_scripts": [ { "matches": [ "http://*/*" ], "js": ["content_script.js", "jquery.min.js"], "run_at": "document_end" } ] }
  • 16. ChromeExtensionの構成(manifest.json) { "manifest_version": 2, "name": "Aphrael", "description": "Aphrael for chrome", "version": "0.0.1", "permissions": [ "pushMessaging", "notifications", "tabs" ], 初期状態から使用可能な JavaScript ], "background": { "scripts": ["notify.js"] }, "content_scripts": [ { "matches": [ "http://*/*" ], "js": ["content_script.js", "jquery.min.js"], "run_at": "document_end" } ] } JavaScript 読み込ませて使用する JavaScript
  • 17. background D D backgroundに指定したスクリプトは「ビューを調査」で開くウインドウ でデバッグ可能。ChromeExtension内のサンドボックスで実行される スクリプトなので、表示してるページのJavaScriptと干渉することはない (干渉できない)
  • 18. content_script backgroundスクリプトから呼び出す chrome.tabs.executeScript( tabId, {file: "content_script.js"}, function(response) { // callback executeScriptで呼び出す Chromeのサンドボックスを超えて表示しているページで DOMアクセス可能 ただし表示しているページ内のJavaScriptへのアクセスは できない(関数実行は不可) // callback } );
  • 19. ExtensionからWebSocketを使う // WebSocket通信開始 var webSocket = new WebSocket(“ws://localhost:9222”); // サーバからのメッセージを受信 webSocket.onmessage = function() { // content_scriptを呼び出して画面を書き換える }; // クローズ処理 webScoket.onclose = function() {…};webScoket.onclose = function() {…}; // エラー処理 webSocket.onerror = function() {…}; // クライアントからサーバへのメッセージ送信 webScoket.send(“message”); // クローズ webSocket.close();
  • 20. ExtensionからWebSocketを使う newした段階で接続される 接続状況はwebSocket.readyStateで確認できる oncloseメソッドでサーバからの切断処理に対応 サーバからの切断を検知してオブジェクトのクリア処理などを書 // WebSocket通信開始 var webSocket = new WebSocket(“ws://localhost:9222”); サーバからの切断を検知してオブジェクトのクリア処理などを書 く
  • 21. ExtensionからWebSocketを使う // WebSocket通信開始 var webSocket = new WebSocket(“ws://localhost:9222”); // サーバからのメッセージを受信 webSocket.onmessage = function() { // content_scriptを呼び出して画面を書き換える } // クローズ処理 webScoket.onclose = function() {…}webScoket.onclose = function() {…}
  • 22. Aphraelでの実装(接続関係) WebSocketオブジェクトを一つ保持して使いまわす WebSocketオブジェクトを定期監視し、サーバとの接続 が切れたら再接続するようにする AphraelのWebページをアクティブにしたときのみ監視。 タイムアウトを検知できないので、setIntervalで監視。 readyStateプロパティを確認して3(=切断済み)ならオブジェクreadyStateプロパティを確認して3(=切断済み)ならオブジェク トをクリアし、再接続処理を実行する。 サーバから切断(サーバが落ちた場合)された場合、クライ アントのWebSocketオブジェクトをクリアする(ゾンビに ならないように) onerrorメソッドで検知する。
  • 23. Aphraelでの実装(タブ・ウィンドウ関係) ChromeExtensionからはchrome.*を使ってAPIへアクセ ス可能。タブ、ウィンドウ制御が可能 タブがアクティブになったとき タブが削除されたとき タブが更新されたとき ウィンドウが作成されたときウィンドウが作成されたとき ウィンドウが削除されたとき ウィンドウを合体させたとき など これらのイベントを検知し、Extensionを実行するタブを 取得し、Aphraelのページでのみ実行する。 複数のタブから同時にアクセス可能なので、開いているタ ブ全てにWebSocket処理を実行する。
  • 24. WebSocketサーバの実装 var WebSocketServer = require('ws').Server, httpServer = require('http').createServer(); var server = new WebSocketServer({ server: httpServer }); var connection = null; server.on('connection', function(ws) {server.on('connection', function(ws) { connection = ws; ws.on('close', function(code) { console.log(code); }); }); httpServer.listen("9222");
  • 25. WebSocketサーバの実装 10行程度で実装 wsモジュールを使用することでさらに簡単に実装 WebSocket関係のモジュールによってはChrome最新版との接 続がうまくいかない場合がある(例:websocket-serverモジュー ル)。現時点ではwsモジュールで接続可能。
  • 26. HTTPサーバの実装 var express = require('express'); var app = express(); app.get('/rest/position', function(req, res) { var data = { lat: req.query.lat, lng: req.query.lng }; try {try { connection.send(JSON.stringify(data)); res.send(200); } catch (e) { logger.error(e.message); throw e; } }); app.listen("9223");
  • 27. HTTPサーバの実装 HTTPでGETリクエストを受けてリクエストを WebSocketプロトコルで送信する。 HTTPレスポンスはBodyなしで返すだけ expressモジュールを使うと簡単にURLルーティングが可 能
  • 28. WebSocket、HTTPサーバ両方動かす 一つのソース(server.js)にWebSocket、HTTPサーバを記 述し、同時に起動できるのが嬉しい HTTPで受け取ったリクエストを簡単にWebSocketに渡せる これにより簡単にHTTPで受け取ったリクエストを即座にブラウ ザに反映可能
  • 29. Chrome、node.jsのWebSocketでリアルタイ ムに地図を書き換える HTTPで緯度経度を受け取る 緯度経度をWebSocketでChromeに渡す Chromeはonmessageメソッドで緯度経度を受け取り DOMで地図を書き換える 地図を書き換えるには…?
  • 30. Chrome、node.jsのWebSocketでリアルタイ ムに地図を書き換える トリッキーではあるが…以下のように実装 表示してるページのJavaScript関数は使えないが、DOMアクセ スは可能なので、HTMLを埋め込み、イベントを発火させる innerHTMLで画面上に緯度経度を書き込む 予めWebページに隠し要素を埋め込んでおき、DOMでボタンの クリックイベントを実行 緯度経度を読み込み、GoogleMapを更新する
  • 31. Demo
  • 32. クラウドで動かす Aphraelをクラウドで動かしてみた 本番は自鯖 Heroku+Node Ninja
  • 33. Herokuでnode.jsを動かすときの注意点 HerokuではWebSocketが使えない(2013年7月現在) 同様のことはできる Socket.ioでxhr-pollingを使えば見た目上変わらないが WebSocketとは別の処理を書かなければならない。 そもそもポーリングである。 Heroku(無料枠)で1プロジェクトあたり複数のプロセスはHeroku(無料枠)で1プロジェクトあたり複数のプロセスは 動かせない 今回はWebSocketサーバとRESTサーバを動かす必要がある プロジェクトを2つに分けなければならない 結論:Herokuでnode.js(WebSocketサーバ)を使うのは 断念。
  • 34. Node Ninja http://node-ninja.com/ 無料(30日)。30日以降はメールで継続願を出す。
  • 35. Node Ninjaの特長 WebSocket使用可能 複数のプロセス起動可能 WebSocket、RESTサーバを同時に動かせる 仮想マシンにSSH接続可能 Webサイトから起動・停止可能 Webサイトからログ確認可能Webサイトからログ確認可能 Githubコミット即時反映可能
  • 36. 今後の予定 地図移動の軌跡を書くようにする 実機との連携を試す Android機を購入(Xperia mini) DTIの3G(月額490円) 複数のユーザが利用できるように改良 認証認証 共有機能(許可したユーザのみ) サーバサイドJSの勉強を進める WebScoket WebWorker