.NET WebSocket 核心原理初體驗(yàn)
上個(gè)月我寫(xiě)了《.NET gRPC核心功能初體驗(yàn)》， 里面使用gRPC雙向流做了一個(gè)打乒乓球的Demo， [實(shí)時(shí)][雙向]這兩個(gè)標(biāo)簽是不是很熟悉，對(duì)， WebSockets也可以做實(shí)時(shí)雙向通信。
本文將利用WebSockets(SignalR的一部分)搭建一個(gè)可雙向通信的ASP.NETCore5應(yīng)用。
(?? 預(yù)告：下期將著重對(duì)比gRPC和WebSockets的差異和使用場(chǎng)景)
我們先深入研究基本概念，以了解WebSockets幕后情況。
WebSockets簡(jiǎn)介
為支持在在客戶端/服務(wù)端雙向通信，引入了WebSockets.
HTTP 1.0：我們每次向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求時(shí)都需要重新創(chuàng)建連接(關(guān)閉之前的連接)。
HTTP 1.1：新增keep-alive語(yǔ)法引入了持久連接機(jī)制, 至此連接可以被重用---這能減小通信延遲(因?yàn)榉?wù)器能感知客戶端，并且不需要為每個(gè)請(qǐng)求重開(kāi)握手過(guò)程)
WebSockets 依附于HTTP1.1協(xié)議的持久連接機(jī)制，因此如果你是第一次發(fā)起WebSockets連接，這實(shí)際是一個(gè)HTTP1.1請(qǐng)求，協(xié)商成功后開(kāi)始全雙工通信。
下圖描述了初始化(握手),數(shù)據(jù)傳輸,關(guān)閉WebSockets的過(guò)程。
協(xié)議有兩部分：握手和數(shù)據(jù)傳輸
握手
WebSocket與HTTP協(xié)議有良好兼容性。"握手"階段采用Http協(xié)議，默認(rèn)也是80/443端口，因此握手時(shí)不容易屏蔽，能通過(guò)各種 HTTP 代理服務(wù)器。
協(xié)議標(biāo)識(shí)符是ws（如果加密，則為wss），服務(wù)器網(wǎng)址就是 URL。
ws://example.com:80/some/path
簡(jiǎn)而言之，WebSocket連接基于單個(gè)端口上的HTTP（以TCP傳輸）：
1.服務(wù)器在指定的端口(如80/443)上監(jiān)聽(tīng)傳入的TCP套接字連接2.客戶端使用HTTP GET請(qǐng)求啟動(dòng)握手 (這就是“WebSockets”中的“Web”由來(lái))。
在請(qǐng)求頭中，客戶端將要求服務(wù)器將連接Upgrade到WebSocket。3.服務(wù)器發(fā)送握手響應(yīng)，通知客戶端它將把協(xié)議從HTTP更改為WebSocket。4.客戶端/服務(wù)器協(xié)商連接細(xì)節(jié)。如果條款不匹配，任何一方都可以退出。
GET /ws-endpoint HTTP/1.1Host: example.com:80Upgrade: websocketConnection: UpgradeSec-WebSocket-Key: L4kHN+1Bx7zKbxsDbqgzHw==Sec-WebSocket-Version: 13
請(qǐng)注意：客戶端發(fā)送Connection:Upgrade和Upgrade：websocket請(qǐng)求頭 服務(wù)端握手響應(yīng)：
HTTP/1.1 101 Switching ProtocolsUpgrade: websocketConnection: UpgradeSec-WebSocket-Accept: CTPN8jCb3BUjBjBtdjwSQCytuBo=
注意：服務(wù)端返回HTTP/1.1 101 Switching Protocols狀態(tài)碼，其他非101的狀態(tài)碼都指示握手失敗。
數(shù)據(jù)傳輸
任意一方可以在任意時(shí)間發(fā)送消息，因?yàn)檫@是全雙工通信協(xié)議。
消息由一個(gè)或多個(gè)幀組成，一個(gè)幀可以是二進(jìn)制、文本、控制幀(0x8 Close,0x9 Ping,0xA Pong)
.NETCore Server listening WebSockets
dotnet new webapi -n WebSocketsTutorialdotnet add WebSocketsTutorial/ package Microsoft.AspNet.SignalR
為簡(jiǎn)化本次內(nèi)容，我不會(huì)談?wù)揝ignalR（集線器和其他東西）。
本次將完全基于WebSocket通信。
app.UseWebSockets();新增WebSocketsController.cs，添加如下代碼：
using System;using System.Net.WebSockets;using System.Text;using System.Threading;using System.Threading.Tasks;using Microsoft.AspNetCore.Mvc;using Microsoft.Extensions.Logging;namespace WebSocketsTutorial.Controllers{[ApiController][Route("[controller]")]public class WebSocketsController : ControllerBase{private readonly ILogger<WebSocketsController> _logger;public WebSocketsController(ILogger<WebSocketsController> logger){_logger = logger;}[HttpGet("/ws")]public async Task Get(){if (HttpContext.WebSockets.IsWebSocketRequest){using var webSocket = await HttpContext.WebSockets.AcceptWebSocketAsync();_logger.Log(LogLevel.Information, "WebSocket connection established");await Echo(webSocket);}else{HttpContext.Response.StatusCode = 400;}}private async Task Echo(WebSocket webSocket){var buffer = new byte[1024 * 4];var result = await webSocket.ReceiveAsync(new ArraySegment<byte>(buffer), CancellationToken.None);_logger.Log(LogLevel.Information, "Message received from Client");while (!result.CloseStatus.HasValue){var serverMsg = Encoding.UTF8.GetBytes($"Server: Hello. You said: {Encoding.UTF8.GetString(buffer)}");await webSocket.SendAsync(new ArraySegment<byte>(serverMsg, 0, serverMsg.Length), result.MessageType, result.EndOfMessage, CancellationToken.None);_logger.Log(LogLevel.Information, "Message sent to Client");result = await webSocket.ReceiveAsync(new ArraySegment<byte>(buffer), CancellationToken.None);_logger.Log(LogLevel.Information, "Message received from Client");}await webSocket.CloseAsync(result.CloseStatus.Value, result.CloseStatusDescription, CancellationToken.None);_logger.Log(LogLevel.Information, "WebSocket connection closed");}}}
在握手之后，服務(wù)端不需要等待客戶端發(fā)起消息，就可以推送消息到客戶端。
啟動(dòng)ASP.NET Core 服務(wù)端，程序在/ws路由地址監(jiān)聽(tīng)WebSockets連接， 回發(fā)客戶端發(fā)送過(guò)來(lái)的消息。
Browser client using WebSockets api
在瀏覽器Console編寫(xiě)js代碼發(fā)起客戶端websockets請(qǐng)求：
let webSocket = new WebSocket('wss://localhost:5001/ws');
在該請(qǐng)求的network- Messages tab頁(yè)面可觀察雙向通信：
除此之外，服務(wù)器/客戶端維護(hù)了pingpong機(jī)制，以確認(rèn)客戶端是否還存活。
如果您真的想看看這些數(shù)據(jù)包，使用WireShark之類(lèi)的工具了解一下。
整個(gè)過(guò)程在Chrome-Network上只會(huì)有一個(gè)記錄，所以你如果要看"握手過(guò)程", 也請(qǐng)?jiān)趧傇诘膖ab頁(yè)面查看??。
最后
如果您有興趣了解WebSocket的協(xié)議規(guī)范，請(qǐng)轉(zhuǎn)至RFC 6455閱讀。
這篇文章只是WebSockets的小試牛刀，還有許多我們可以討論的其他事情，例如安全性，負(fù)載平衡，代理等??。
(?? 預(yù)告：下期將對(duì)比gRPC和WebSockets的差異和使用場(chǎng)景)