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：

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。

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。

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：

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

docker-compose scale qrcode=4

或者使用

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。