Cloudflare Workers の無料プランで画像を圧縮する

publication: 2023/12/12

update:2024/02/20

Cloudflare Workers の無料プランで画像を圧縮する

Next.js のプロジェクトを Cloudflare にデプロイする場合、問題になるのが Vercel が提供している画像の自動圧縮機能です。これを Cloudflare でも実現するためには、Cloudflare Workers が使えそうですが、無料プランでは画像の圧縮機能を提供していません。意地でも無料で実現したいという乞食精神に乗っ取り、画像変換コードを書くことにしました。

画像の変換方法

Cloudflare Workers では、一度のリクエストで処理できる CPU 時間は 10ms です。非同期アクセスの待ち時間は含まれないので、純粋な処理時間です。高速に処理するのならネイティブコードを使うのが一番ですが、もちろん使えません。そこで、WebAssembly を使うことにしました。最近 WebAssembly というと Rust が主流ですが、libwebp を直接使いたいので、今回は C++を選択しました。

コンパイラは Emscripten の emcc を使う

Emscripten は、C++ を JavaScript にコンパイルするためのツールです。これを使うことで、C++ で書いたコードを WebAssembly にコンパイルすることが出来ます。ということで、早速作ることにしました。

Emscripten では libpng と libjpeg がすぐに使える

Emscripten は既存のライブラリを取り込む仕組みとして ports というものを提供しています。これを使うことで、コンパイル時にオプション指定するだけで libpng や libjpeg を組み込んだ状態でビルドすることが出来ます。ただし、libwebp は組み込まれていません。自分でソースをダウンロードしてビルドに混ぜる必要があります。

Emscripten には SDL2 もいる

SDL2 は、画像の読み込みや描画を簡単に行うことが出来るライブラリです。これも ports に含まれています。libpng、libjpeg、libwebp を使えるようにしておけば、SDL にバイナリを放り込むだけで画像を読み込むことが出来ます。ただし webp 出力はサポートされていないので、そこは libwebp の命令を使うことになります。

ソースコード

ということで作りました。ものすごく簡単に書けるのですが、何故かネット上ではこういうコードは見つかりませんでした。

1#include <emscripten.h>
2#include <emscripten/bind.h>
3#include <emscripten/val.h>
4#include <webp/encode.h>
5#include <SDL_image.h>
6#include <SDL2/SDL.h>
7
8using namespace emscripten;
9
10val optimize(std::string img_in, float width, float height, float quality) {
11    SDL_RWops* rw = SDL_RWFromConstMem(img_in.c_str(), img_in.size());
12    if (!rw) {
13        return val::null();
14    }
15
16    SDL_Surface* srcSurface = IMG_Load_RW(rw, 1);
17    if (!srcSurface) {
18        SDL_FreeRW(rw);
19        return val::null();
20    }
21
22    int srcWidth = srcSurface->w;
23    int srcHeight = srcSurface->h;
24    if (srcWidth == 0 || srcHeight == 0) {
25        SDL_FreeSurface(srcSurface);
26        return val::null();
27    }
28
29    int outWidth = width?width:srcWidth;
30    int outHeight = height?height:srcHeight;
31    float aspectSrc = static_cast<float>(srcWidth) / srcHeight;
32    float aspectDest = outWidth / outHeight;
33
34    if (aspectSrc > aspectDest) {
35        outHeight = outWidth / aspectSrc;
36    } else {
37        outWidth = outHeight * aspectSrc;
38    }
39
40    SDL_Surface* newSurface = SDL_CreateRGBSurfaceWithFormat(0, static_cast<int>(outWidth), static_cast<int>(outHeight), 32, SDL_PIXELFORMAT_RGBA32);
41    if (!newSurface) {
42        SDL_FreeSurface(srcSurface);
43        return val::null();
44    }
45
46    SDL_BlitScaled(srcSurface, nullptr, newSurface, nullptr);
47
48    SDL_FreeSurface(srcSurface);
49
50    uint8_t* img_out = nullptr;
51    int stride = static_cast<int>(outWidth) * 4;
52    size_t size = WebPEncodeRGBA(reinterpret_cast<uint8_t*>(newSurface->pixels), static_cast<int>(outWidth), static_cast<int>(outHeight), stride, quality, &img_out);
53
54    if (size == 0 || !img_out) {
55        SDL_FreeSurface(newSurface);
56        return val::null();
57    }
58
59    val result = val::global("Uint8Array").new_(typed_memory_view(size, img_out));
60    WebPFree(img_out);
61    SDL_FreeSurface(newSurface);
62
63    return result;
64}
65
66EMSCRIPTEN_BINDINGS(my_module) {
67  function("optimize", &optimize);
68}

Cloudflare Workers で動くパッケージを作る

Cloudflare Workers の JavaScript から WebAssembly を呼び出すには、wasm を import する必要があります。一般的な V8 エンジンのように、ネットワーク越しに wasm をダウンロードしてくることは出来ません。そのため、必ず wasm を含んだパッケージを作る必要があります。

ちなみに Cloudflare Workers では、Worker あたりのパッケージサイズが 1MB 以内と決められています。wasm のサイズは 1MB を超えていましたが、パッケージとして圧縮されると 400KB 程度になるのでセーフでした。

https://www.npmjs.com/package/wasm-image-optimization

Cloudflare Workers で動かす

先程の wasm-image-optimization パッケージを使って、Next.js の画像圧縮パラメータと互換性をもたせた Worker を作りました。これを使うと、Next.js の画像圧縮パラメータをそのまま使うことが出来ます。

1import { optimizeImage } from "wasm-image-optimization";
2export interface Env {}
3
4const isValidUrl = (url: string) => {
5  try {
6    new URL(url);
7    return true;
8  } catch (err) {
9    return false;
10  }
11};
12
13const handleRequest = async (
14  request: Request,
15  _env: Env,
16  ctx: ExecutionContext
17): Promise<Response> => {
18  const url = new URL(request.url);
19  const params = url.searchParams;
20  const imageUrl = params.get("url");
21  if (!imageUrl || !isValidUrl(imageUrl)) {
22    return new Response("url is required", { status: 400 });
23  }
24  const cache = caches.default;
25  const cachedResponse = await cache.match(
26    new Request(url.toString(), request)
27  );
28  if (cachedResponse) {
29    return cachedResponse;
30  }
31
32  const width = params.get("w");
33  const quality = params.get("q");
34
35  const srcImage = await fetch(imageUrl, { cf: { cacheKey: imageUrl } })
36    .then((res) => (res.ok ? res.arrayBuffer() : null))
37    .catch((e) => null);
38
39  if (!srcImage) {
40    return new Response("image not found", { status: 404 });
41  }
42  const image = await optimizeImage({
43    image: srcImage,
44    width: width ? parseInt(width) : undefined,
45    quality: quality ? parseInt(quality) : undefined,
46  });
47  const response = new Response(image, {
48    headers: {
49      "Content-Type": "image/webp",
50      "Cache-Control": "public, max-age=31536000, immutable",
51    },
52  });
53  ctx.waitUntil(cache.put(request, response.clone()));
54  return response;
55};
56
57export default {
58  fetch: handleRequest,
59};

ちなみに next.config.js の設定で Workers のデプロイ先のアドレスを指定することによって、Workers で画像を圧縮することが出来ます。

1/**
2 * @type { import("next").NextConfig}
3 */
4const config = {
5  images: {
6    path: "https://xxx.yyy.workers.dev/",
7  },
8};
9export default config;

まとめ

Cloudflare Workers は、無料プランでも 100,000 リクエスト/日まで無料で使えます。それだけあれば、無料生活ユーザーには十分なのではないでしょうか。無ければ作る、それが無料で乗り切る秘訣です。