容器化单页面应用中RESTful API的访问

最近在工作中，需要让运行在容器中的单页面应用程序能够访问外部的RESTful API。这个需求看起来并不困难，不过实现起来还是有些曲折的。在此，我就将这部分内容总结一下。

在入正题之前，有个一问题，就是为什么要将单页面应用放在容器中运行？这个问题其实跟“为什么要将应用程序容器化”是一个问题。简单来讲，容器化的应用程序可以运行在任何具有容器执行环境的宿主平台上，比如可以在 Linux 系统中运行容器，也可以在MacOS或者Windows下使用Docker Desktop for Mac或者Docker for Windows来运行容器化的应用程序。无论在什么平台中运行，容器化的应用程序都可以使用统一化的配置方式（比如环境变量、虚拟磁盘路径的挂载等），并向外界提供一致的访问端点。将应用程序容器化最重要的一点是，通过它可以非常方便地将应用程序部署在云环境中，使应用程序具有很好的横向扩展能力，而且跨云的迁移也变得非常便捷。由此可见，通过容器的使用，我们可以采用不同的技术来实现应用程序的不同部分，然后可以得到统一的部署和运维体验，这一点对于微服务架构的实践有着非常深远的意义。在工作中，我所接触的系统包含了多个团队的贡献，有的团队使用nodejs，有的团队使用Scala，有的团队使用Go，这些独立分散的项目都以一个个独立的服务进行开发和交付，最终通过容器化的途径实现了整个应用程序的一体化部署。当然，与各种软件架构风格类似，微服务架构也是有利有弊，并不是所有的项目和团队都应该采用这种架构，还是应该根据项目和团队的实际情况来决定软件系统的架构方式，这部分内容就不在此过多讨论了。

回到本文的主题，我会通过一个案例来总结在不同场景下，容器化单页面应用访问RESTful API的方式。

名称列表应用

我们的案例是一个提供名称列表的RESTful API，外加一个显示名称列表的前端单页面应用。不必理会什么是“名称列表”，它只不过是一个字符串列表。在这里我们也不必关心这个字符串列表包含哪些内容，只要让单页面应用能够访问到这个RESTful API即可。继续阅读本文，你将了解到这个案例是多么的简单。

RESTful API

首先创建一个能够返回名称列表的RESTful API，实现方式有很多种，我选择我熟悉的ASP.NET Core Web API项目来创建RESTful API。在命令行执行以下命令以创建一个ASP.NET Core Web API的项目：

dotnet new webapi --name NameList.Service

然后，使用Visual Studio Code编辑器打开该项目，删除ValuesController，然后新增NamesController，当然也可以基于ValuesController修改，代码如下：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Threading.Tasks;
using Microsoft.AspNetCore.Mvc;

namespace NameList.Service.Controllers
{
    [Route("api/[controller]")]
    [ApiController]
    public class NamesController : ControllerBase
    {
        // GET api/values
        [HttpGet]
        public ActionResult<IEnumerable<string>> Get()
            => new string[] { "Brian", "Frank", "Sunny", "Chris" };
    }
}

目前我们不需要启用HTTPS重定向，将其从Startup.cs中删除，同时调整launchSettings.json文件，直接侦听 http://*:5000 ，然后使用dotnet run命令，启动RESTful API，使用cURL工具进行测试：

$ curl -s http://localhost:5000/api/names
["Brian","Frank","Sunny","Chris"]

API调用成功。为了后续的实验能够顺利进行，我们在服务端启用CORS：

public class Startup
{
    private const string CorsPolicy = "DefaultCorsPolicy";
    
    //...

    public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
    {
        services.AddMvc().SetCompatibilityVersion(CompatibilityVersion.Version_2_2);
        services.AddCors(options =>
        {
            options.AddPolicy(CorsPolicy, builder =>
            {
                builder.AllowAnyHeader().AllowAnyMethod().AllowAnyOrigin();
            });
        });
    }

    public void Configure(IApplicationBuilder app, IHostingEnvironment env)
    {
        //...
        app.UseCors(CorsPolicy);
        //...
    }
}

接下来，开发我们的前端单页面应用，以调用该API并将名称列表显示在前端页面。

单页面应用

同样，前端页面也可以采用很多种框架和技术进行开发，比如使用React、Vue或者Angular，或者直接使用jQuery，都可以完成我们的目标。我还是选择我最熟悉的Angular 7，依照下面的步骤开发这个单页面应用。

首先，使用Angular CLI，创建我们的应用程序：

ng new name-list

在回答几个问题之后（使用默认选项即可），前端单页面应用也就创建好了，首先在app.modules.ts中启用HttpClientModule：

import { BrowserModule } from '@angular/platform-browser';
import { NgModule } from '@angular/core';

import { AppComponent } from './app.component';
import { HttpClientModule } from '@angular/common/http';

@NgModule({
  declarations: [
    AppComponent
  ],
  imports: [
    BrowserModule,
    HttpClientModule
  ],
  providers: [],
  bootstrap: [AppComponent]
})
export class AppModule { }

然后，在environment.ts和environment.prod.ts中加入RESTful API的BaseURI：

export const environment = {
  production: false,
  serviceUri: 'http://localhost:5000'
};

接着，新建一个AppService服务（app.service.ts），在该服务中提供一个getNames的方法，用以调用RESTful API以获取名称列表，并将获得的列表返回给调用方：

import { Injectable } from '@angular/core';
import { HttpClient } from '@angular/common/http';
import { Observable, of } from 'rxjs';
import { catchError, tap } from 'rxjs/operators';
import { environment } from 'src/environments/environment';

@Injectable({
  providedIn: 'root'
})
export class AppService {

  constructor(private http: HttpClient) { }

  getNames(): Observable<string[]> {
    return this.http.get<string[]>(`${environment.serviceUri}/api/names`)
    .pipe(
      tap(_ => console.log('fetched names')),
      catchError(this.handleError<string[]>([]))
    );
  }

  private handleError<T>(result?: T) {
    return (error: any): Observable<T> => {
      console.error(error);
      return of(result as T);
    };
  }
}

然后，修改app.component.ts，以便在页面初始化的时候，调用AppService获取名称列表，并将获得的列表保存在变量中：

import { Component, OnInit } from '@angular/core';
import { AppService } from './app.service';

@Component({
  selector: 'app-root',
  templateUrl: './app.component.html',
  styleUrls: ['./app.component.css']
})
export class AppComponent implements OnInit {

  names: string[];

  constructor(private appService: AppService) { }

  ngOnInit(): void {
    this.getNames();
  }

  getNames(): void {
    this.appService.getNames()
      .subscribe(names => this.names = names);
  }
}

最后，修改app.component.html，通过HTML将获得的名称列表显示在页面上：

<h2>Names</h2>
<ul>
  <li *ngFor="let name of names">
    <span>{{name}}</span>
  </li>
</ul>

现在，将RESTful API运行起来，然后使用ng serve命令将前端页面也运行起来，应该能够看到下面的效果：

接下来，我们将RESTful API和前端页面编译成容器镜像（Docker Images）。

单页面应用容器化

现在，我们将上面开发的单页面应用编译成 docker 镜像，然后让它在容器中运行。在Angular项目的根目录下，新建一个Dockerfile，内容如下：

FROM nginx AS base
WORKDIR /app
EXPOSE 80

FROM node:10.16.0-alpine AS build
RUN npm install -g @angular/cli@8.0.3
WORKDIR /src
COPY . .
RUN npm install
RUN ng build --prod --output-path /app

FROM base AS final
COPY --from=build /app /usr/share/nginx/html
CMD ["nginx", "-g", "daemon off;"]

大概介绍一下，在上面的Dockerfile中，将nginx定义为base image，因为最终我会将Angular单页面应用运行在nginx上；然后，基于node镜像，安装Angular CLI，并将本地前端代码复制到容器中的/src目录下进行编译，最终将编译输出的html、js、css以及相关资源复制到nginx容器的/usr/share/nginx/html目录下，最后启动nginx来服务单页面应用站点。

现在，我们启动RESTful API，依旧让其侦听5000端口，然后通过以下docker命令，启动这个前端单页面应用容器：

docker run -it -p 8088:80 namelist-client

容器启动后，打开浏览器，访问8088端口，我们可以得到同样的结果，可以注意到，前端页面会发送请求到 http://localhost:5000 以获得名称列表：

整个实验看似已经非常成功，但是，我们忽略了一个重要问题，目前RESTful API的地址在前端代码中是写死（hard code）的，即使是在environment.prod.ts文件中指定，也是编译时就已经确定的事情，那如果RESTful API部署在不同的机器上，或者侦听端口不是5000呢？这样的话，前端单页面应用是无法访问RESTful API服务的。下面我们就来解决这个问题。

RESTful API访问问题的解决

有一种比较简单粗暴的办法，就是在编译的时候，通过持续集成环境的设置，将RESTful API的地址写入environment.prod.ts文件中，但这样编译出来的容器只能在特定环境下运行，否则前端页面还是无法访问RESTful API。要让容器能够通用，还是应该在容器启动的时候，以环境变量的方式将RESTful API的地址注入到容器中。在此，我们讨论两种场景：RESTful API独立部署的场景，以及RESTful API也以容器的方式运行的场景。

RESTful API独立部署的场景

首先做个实验，将前端Angular项目中environment.prod.ts里的serviceUri改为一个相对路径，比如：

export const environment = {
  production: true,
  serviceUri: '/name-service'
};

重新将前端应用编译成docker镜像并执行，不出意料，页面无法正确加载，因为调用的RESTful API地址不正确，调用返回404：

接下来，可以使用nginx的反向代理功能，将/name-service的部分proxy_pass到真实的RESTful API地址，而真实的RESTful API地址可以在nginx的配置中通过读取环境变量来动态设置。在前端代码的根目录下，新建nginx.conf文件：

load_module "modules/ngx_http_perl_module.so";
env API_URI;

events {
    worker_connections 1024;
}

http {

    perl_set $api_uri 'sub { return $ENV{"API_URI"}; }';

    server {
      listen        80;
      server_name   localhost;

      include  /etc/nginx/mime.types;

      location / {
        root /usr/share/nginx/html;
        index  index.html  index.htm;
      }

      location ~ ^/name-service/(.*)$ {
        rewrite ^ $request_uri;
        rewrite ^/name-service/(.*)$ $1 break;
        return 400;
        proxy_pass http://$api_uri/$1;
      }
    }
}

该配置文件通过使用nginx的 perl 模块，读取系统环境变量并在nginx中使用这个环境变量，然后设置location，指定当客户端请求/name-service时，将请求proxy_pass到由API_URI环境变量设置的RESTful API地址。由于需要使用perl模块，所以，Dockerfile也要做相应修改：

FROM nginx:perl AS base
WORKDIR /app
EXPOSE 80

FROM node:10.16.0-alpine AS build
RUN npm install -g @angular/cli@8.0.3
WORKDIR /src
COPY . .
RUN npm install
RUN ng build --prod --output-path /app

FROM base AS final
COPY --from=build /app /usr/share/nginx/html
COPY --from=build /src/nginx.conf /etc/nginx/nginx.conf
CMD ["nginx", "-g", "daemon off;"]

Base Image由nginx改为nginx：perl，然后需要将nginx.conf文件复制到nginx容器中的/etc/nginx目录。之后，重新编译前端docker镜像。

现在，启动容器时就可以使用-e参数指定RESTful API的地址了：

docker run -it -p 8088:80 -e API_URI=192.168.0.107:5000 namelist-client

再次刷新前端页面，可以看到，页面正确显示，API调用成功：

RESTful API容器化的场景

如果我们将RESTful API也容器化，并与前端应用一起在容器中运行，那么就可以使用容器连接的方式，让前端页面访问后端的API。此时，只需要对前端nginx.conf进行一些修改：

events {
    worker_connections 1024;
}

http {

    server {
      listen        80;
      server_name   localhost;

      include  /etc/nginx/mime.types;

      location / {
        root /usr/share/nginx/html;
        index  index.html  index.htm;
      }

      location ~ ^/name-service/(.*)$ {
        proxy_pass http://namelist-service/$1$is_args$args;
      }
    }

    upstream namelist-service {
        server namelist-service:5000;
    }
}

分别使用以下两条命令启动RESTful API和前端应用容器：

docker run -it --name namelist-service namelist-service
docker run -it -p 8088:80 --link namelist-service namelist-client

注意到在启动前端应用容器时，需要使用—link参数链接到namelist-service容器，而且服务端也不需要暴露出TCP端口，起到了一定的保护作用：

总结

本文以容器为背景，结合nginx的使用，介绍了容器化单页面应用中访问RESTful API的两种方法。由于单页面应用无法读取系统的环境变量，因此，解决RESTful API访问地址的问题就变得稍微有点复杂。本文相关的案例源代码： https://github.com/daxnet/name-list 。