簡単な自己紹介: 私はフリーランスの Web 開発者として約 1 年半働いています。 HLD や LLD を書くことを考えたことはありません。代わりに、私はクライアントの特定の要件に基づいてアプリケーションを開発することに重點を置いてきました。企業(yè)環(huán)境への移行を目指しているので、スキルを向上させ、新しい知識を習(xí)得したいと考えています。

それでは、HLD を作成する私の試みを紹介します

クライアント要件: E2EE Web ベースのチャット アプリ。いつでも最大 1,000 人の同時ユーザーまで拡張可能。

システムアーキテクチャ

アプリは主にフロントエンド(反応)、バックエンド(ノード)、データベース(RedisとSQL)で構(gòu)成されています。

1. フロントエンド:

   • ユーザーに表示される內(nèi)容を管理します
   • ユーザーログイン、ユーザー登録の処理。
   • メッセージの送受信の処理。
   • レスポンシブデザイン。

2. バックエンド:

   • メッセージとログインの內(nèi)容と方法を管理します
   • ログイン/登録の管理を擔(dān)當(dāng)します
   • メッセージとユーザーデータの保存を擔(dān)當(dāng)します
   • ページルートを処理します

3. データベース:

   • これには、暗號化されたメッセージとユーザー データ/ログイン情報が保存されます

4. WebSocket サーバー:

   • ユーザー間のリアルタイム雙方向通信のための専用サービスです。

5. キャッシュ層 (オプション):

   • アクティブ ユーザー、メッセージ キュー、オンライン ステータスを一時的にキャッシュしてパフォーマンスを向上させるには、Redis を使用します。

高レベルフロー

1. ユーザーはフロントエンド経由でログイン → バックエンドがユーザーを認(rèn)証します。
2. フロントエンドは、リアルタイム通信のためにバックエンドへの WebSocket 接続を確立します。
3. ユーザーがメッセージを送信するとき:
   • WebSocket サーバーがそれを受信します。
   • メッセージを処理し、目的の受信者にルーティングします。
   • バックエンドはメッセージをデータベースに保存します。
4. 受信者は、WebSocket 接続を通じてリアルタイムでメッセージを受信します。

アーキテクチャ図

データフロー

1. 登録フロー

   • ユーザーがアカウントを作成します
   • パブリック ハッシュとプライベート ハッシュが生成されます。パブリック ハッシュはユーザー情報とともにデータベースに保存されます。
   • 成功時:
     • 成功メッセージ
     • ログインにリダイレクト

2. ログインの流れ

   • ユーザーは電子メールとパスワードを使用してログインするよう求められます。
   • バックアップされたデータは入力時に認(rèn)証されます。
   • 成功時:
     • チャットにリダイレクトされるユーザー
   • 拒否時:
     • 問題を通知するポップアップが開始されます。

3. ルームメッセージの流れ

   • ユーザーがルームに參加します:
     • フロントエンドはルーム ID をバックエンドに送信します。
     • joinRoom イベントは特定のルームに編集されます。
   • ルーム內(nèi)のメッセージ:
     • 現(xiàn)時點では、グローバル ルームのメッセージは暗號化されておらず、単に共有され、データベースに保存されています。
     • ルーム內(nèi)のすべての參加者にリアルタイムで配信されます。

4. ユーザー - ユーザー メッセージ フロー

   1. フロントエンド:
      • フロントエンドは受信者の公開キーを使用してメッセージを暗號化します。
      • 暗號化されたメッセージはソケット経由でバックエンドに共有されます。
   2. バックエンド:
      • メッセージを PSQL に保存します
      • userID を使用してメッセージをユーザーにルーティングします
   3. 受信者のフロントエンドがメッセージを復(fù)號化します

詳細(xì)なサンプルフロー

リアルタイム ダイレクト メッセージ フロー

• フロントエンド:
  • ユーザーが WebSocket 経由で別のユーザーにメッセージを送信します。
  • メッセージは送信前に受信者の公開キーで暗號化されます。
• バックエンド:
  • WebSocket サーバーは暗號化されたメッセージを受信します。
  • メッセージはメタデータ (送信者、受信者、タイムスタンプなど) とともに PostgreSQL に保存されます。
  • バックエンドは、暗號化されたメッセージを受信者の WebSocket 接続にルーティングします。
• 受信者フロントエンド :
  • 暗號化されたメッセージは WebSocket 経由で受信されます。
  • 秘密キーはメッセージを復(fù)號化するために使用されます。
  • チャットに平文メッセージが表示されます。

技術(shù)スタック

1. フロントエンド:

   • React: ユーザー インターフェイス (チャット ウィンドウ、ボタン、入力ボックス) を構(gòu)築します。
   • Context API または Redux: アプリの狀態(tài) (現(xiàn)在のユーザー、アクティブなチャットなど) を管理します。
   • GSAP: アニメーション用 (チャットバブルがスムーズにスライドするなど)。
   • WebSocket クライアント: バックエンドとのリアルタイム接続を確立します。

2. バックエンド:Node.js Express.js:

   • REST API を処理するため (ログイン、登録、メッセージの取得用)。
   • JWT (JSON Web Tokens): トークンベースの認(rèn)証で通信を保護します。
   • Passport.js: 認(rèn)証戦略 (Google または Facebook ログインなど) を?qū)g裝します。
   • Socket.IO: リアルタイム メッセージング用の WebSocket 接続を処理します。

3. データベース :

   • PostgreSQL: ユーザー プロファイル、メッセージ、チャット ルームの詳細(xì)などの永続データを保存します。
   • Redis (オプション): リアルタイム データ (アクティブなユーザーのステータス、最近送信されたメッセージなど) をキャッシュします。

4. ホスティングと展開:

   • AWS (EC2、S3、RDS): バックエンドをホストし、靜的ファイルを保存し、データベースを管理します。
   • Nginx または AWS ELB (ロード バランサー): バックエンド サーバー間でトラフィックを分散します。

非機能要件 (NFR)

• パフォーマンス:
  • リアルタイム メッセージの遅延を 100 ミリ秒未満にすることを目標(biāo)とします。
  • 1,000 ユーザーに対して一貫した読み取り/書き込み操作を保証します。
• スケーラビリティ:
  • バックエンドは、水平方向にスケーリングすることで、増加するユーザーを処理する必要があります (Redis や AWS ELB を使用するなど)。
  • サーバーごとに 10,000 のアクティブな WebSocket 接続をサポートします。
• 在庫狀況:
  • バックアップと災(zāi)害復(fù)舊により 99.9% の稼働時間を確保します。
• セキュリティ:
  • プライベート メッセージングには E2EE を使用します。
  • 転送中のすべてのデータに HTTPS を採用します。
  • 保存データが PostgresSQL で暗號化されていることを確認(rèn)します。

まとめ

スケーラブルで安全なエンドツーエンド暗號化メッセージング アプリケーションを構(gòu)築するには、パフォーマンス、使いやすさ、セキュリティの間の慎重なバランスが必要です。このハイレベル設(shè)計を通じて、ユーザーのプライバシーを確??保しながらリアルタイム通信を処理できる最新のメッセージング システムのアーキテクチャとフローを?qū)g証することを目的としました。

このプロジェクトでは、フロントエンドの React、バックエンドの Node.js、データ管理の PostgreSQL/Redis などの主要な技術(shù)スキルを紹介するだけでなく、スケーラビリティと信頼性を考慮した設(shè)計の重要性も強調(diào)しています。

あなたが堅牢なシステムの作成や、リアルタイム通信アーキテクチャについて詳しく調(diào)べることに興味のある開発者や愛好家であれば、この記事が貴重な洞察を提供することを願っています。

ご意見やフィードバックをお待ちしています!コメントセクションでお気軽につながり、アイデアを共有し、質(zhì)問してください。學(xué)び、構(gòu)築し続けましょう!

私の LLD にも注目してください!

すべてのプロジェクトは、ソフトウェア開発の技術(shù)の習(xí)得に一歩近づいています。この経験から、機能と拡張性のバランスの重要性を?qū)Wびました。將來はさらに複雑なシステムを構(gòu)築することを楽しみにしています!

以上がエンドツーエンドの暗號化メッセージング アプリ: 高レベルの設(shè)計とアーキテクチャの詳細(xì)內(nèi)容です。詳細(xì)については、PHP 中國語 Web サイトの他の関連記事を參照してください。