【W(wǎng)eb技術(shù)】740- 零距離接觸 WebSocket

作者：johnYu

來(lái)源：https://juejin.im/post/6876301731966713869

什么是WebSocket

定義

Websocket是一個(gè)持久化的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，可以在單個(gè) TCP 連接上進(jìn)行全雙工通訊，沒有了Request和Response的概念，兩者地位完全平等，連接一旦建立，客戶端和服務(wù)端之間實(shí)時(shí)可以進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸

關(guān)聯(lián)和區(qū)別

• HTTP

1. HTTP是非持久的協(xié)議，客戶端想知道服務(wù)端的處理進(jìn)度只能通過(guò)不停地使用 Ajax進(jìn)行輪詢或者采用 long poll 的方式來(lái)，但是前者對(duì)服務(wù)器壓力大，后者則會(huì)因?yàn)橐恢钡却齊esponse造成阻塞
2. 雖然http1.1默認(rèn)開啟了keep-alive長(zhǎng)連接保持了這個(gè)TCP通道使得在一個(gè)HTTP連接中，可以發(fā)送多個(gè)Request，接收多個(gè)Response，但是一個(gè)request只能有一個(gè)response。而且這個(gè)response也是被動(dòng)的，不能主動(dòng)發(fā)起。
3. websocket雖然是獨(dú)立于HTTP的一種協(xié)議，但是websocket必須依賴 HTTP 協(xié)議進(jìn)行一次握手(在握手階段是一樣的)，握手成功后，數(shù)據(jù)就直接從 TCP通道傳輸，與 HTTP 無(wú)關(guān)了，可以用一張圖理解兩者有交集，但是并不是全部。

• socket

1. socket也被稱為套接字，與HTTP和WebSocket不一樣，socket不是協(xié)議，它是在程序?qū)用嫔蠈?duì)傳輸層協(xié)議（可以主要理解為TCP/IP）的接口封裝?？梢岳斫鉃橐粋€(gè)能夠提供端對(duì)端的通信的調(diào)用接口（API）
2. 對(duì)于程序員而言，其需要在 A 端創(chuàng)建一個(gè) socket 實(shí)例，并為這個(gè)實(shí)例提供其所要連接的 B 端的 IP 地址和端口號(hào)，而在 B 端創(chuàng)建另一個(gè) socket 實(shí)例，并且綁定本地端口號(hào)來(lái)進(jìn)行監(jiān)聽。當(dāng) A 和 B 建立連接后，雙方就建立了一個(gè)端對(duì)端的 TCP 連接，從而可以進(jìn)行雙向通信。WebSocekt借鑒了 socket 的思想，為 client 和 server 之間提供了類似的雙向通信機(jī)制

應(yīng)用場(chǎng)景

WebSocket可以做彈幕、消息訂閱、多玩家游戲、協(xié)同編輯、股票基金實(shí)時(shí)報(bào)價(jià)、視頻會(huì)議、在線教育、聊天室等應(yīng)用實(shí)時(shí)監(jiān)聽服務(wù)端變化

Websocket握手

• Websocket握手請(qǐng)求報(bào)文：

GET?/chat?HTTP/1.1
Host:?server.example.com
Upgrade:?websocket
Connection:?Upgrade
Sec-WebSocket-Key:?x3JJHMbDL1EzLkh9GBhXDw==
Sec-WebSocket-Protocol:?chat,?superchat
Sec-WebSocket-Version:?13
Origin:?http://example.com

下面是與傳統(tǒng) HTTP 報(bào)文不同的地方：

Upgrade:?websocket
Connection:?Upgrade

表示發(fā)起的是 WebSocket 協(xié)議

Sec-WebSocket-Key:?x3JJHMbDL1EzLkh9GBhXDw==
Sec-WebSocket-Protocol:?chat,?superchat
Sec-WebSocket-Version:?13

Sec-WebSocket-Key 是由瀏覽器隨機(jī)生成的，驗(yàn)證是否可以進(jìn)行Websocket通信，防止惡意或者無(wú)意的連接。

Sec_WebSocket-Protocol 是用戶自定義的字符串，用來(lái)標(biāo)識(shí)服務(wù)所需要的協(xié)議

Sec-WebSocket-Version 表示支持的 WebSocket 版本。

• 服務(wù)器響應(yīng)：

HTTP/1.1?101?Switching?Protocols
Upgrade:?websocket
Connection:?Upgrade
Sec-WebSocket-Accept:?HSmrc0sMlYUkAGmm5OPpG2HaGWk=
Sec-WebSocket-Protocol:?chat

101 響應(yīng)碼 表示要轉(zhuǎn)換協(xié)議。

Connection: Upgrade 表示升級(jí)新協(xié)議請(qǐng)求。

Upgrade: websocket 表示升級(jí)為 WebSocket 協(xié)議。

Sec-WebSocket-Accept 是經(jīng)過(guò)服務(wù)器確認(rèn)，并且加密過(guò)后的 Sec-WebSocket-Key。用來(lái)證明客戶端和服務(wù)器之間能進(jìn)行通信了。

Sec-WebSocket-Protocol 表示最終使用的協(xié)議。

至此，客戶端和服務(wù)器握手成功建立了Websocket連接，HTTP已經(jīng)完成它所有工作了，接下來(lái)就是完全按照Websocket協(xié)議進(jìn)行通信了。

關(guān)于Websocket

WebSocket心跳

可能會(huì)有一些未知情況導(dǎo)致SOCKET斷開，而客戶端和服務(wù)端卻不知道，需要客戶端定時(shí)發(fā)送一個(gè)心跳 Ping 讓服務(wù)端知道自己在線，而服務(wù)端也要回復(fù)一個(gè)心跳 Pong告訴客戶端自己可用，否則視為斷開

WebSocket狀態(tài)

WebSocket 對(duì)象中的readyState屬性有四種狀態(tài)：

• 0: 表示正在連接
• 1: 表示連接成功，可以通信了
• 2: 表示連接正在關(guān)閉
• 3: 表示連接已經(jīng)關(guān)閉，或者打開連接失敗

WebSocket實(shí)踐

服務(wù)端接收發(fā)送消息

WebSocket的服務(wù)端部分，本文會(huì)以Node.js搭建

安裝express和負(fù)責(zé)處理WebSocket協(xié)議的ws：

npm?install?express?ws

安裝成功后的package.json:

接著在根目錄創(chuàng)建server.js文件:

//引入express?和?ws
const?express?=?require('express');
const?SocketServer?=?require('ws').Server;

//指定開啟的端口號(hào)
const?PORT?=?3000;

//?創(chuàng)建express，綁定監(jiān)聽3000端口，且設(shè)定開啟后在consol中提示
const?server?=?express().listen(PORT,?()?=>?console.log(`Listening?on?${PORT}`));

//?將express交給SocketServer開啟WebSocket的服務(wù)
const?wss?=?new?SocketServer({?server?});

//當(dāng)?WebSocket?從外部連接時(shí)執(zhí)行
wss.on('connection',?(ws)?=>?{
??//連接時(shí)執(zhí)行此?console?提示
??console.log('Client?connected');

??//?對(duì)message設(shè)置監(jiān)聽，接收從客戶端發(fā)送的消息
??ws.on('message',?(data)?=>?{
????//data為客戶端發(fā)送的消息，將消息原封不動(dòng)返回回去
????ws.send(data);
??});

??//?當(dāng)WebSocket的連接關(guān)閉時(shí)執(zhí)行
??ws.on('close',?()?=>?{
????console.log('Close?connected');
??});
});

執(zhí)行node server.js啟動(dòng)服務(wù)，端口打開后會(huì)執(zhí)行監(jiān)聽時(shí)間打印提示，說(shuō)明服務(wù)啟動(dòng)成功

在開啟WebSocket后，服務(wù)端會(huì)在message中監(jiān)聽，接收參數(shù)data捕獲客戶端發(fā)送的消息，然后使用send發(fā)送消息

客戶端接收發(fā)送消息

分別在根目錄創(chuàng)建index.html和index.js文件

• index.html

<html>
??<body>
????<script?src="./index.js">script>
??body>
html>

• index.js

//?使用WebSocket的地址向服務(wù)端開啟連接
let?ws?=?new?WebSocket('ws://localhost:3000');

//?開啟后的動(dòng)作，指定在連接后執(zhí)行的事件
ws.onopen?=?()?=>?{
??console.log('open?connection');
};

//?接收服務(wù)端發(fā)送的消息
ws.onmessage?=?(event)?=>?{
??console.log(event);
};

//?指定在關(guān)閉后執(zhí)行的事件
ws.onclose?=?()?=>?{
??console.log('close?connection');
};

上面的url就是本機(jī)node開啟的服務(wù)地址，分別指定連接（onopen），關(guān)閉（onclose）和消息接收（onmessage）的執(zhí)行事件，訪問(wèn)html，打印ws信息

打印了open connection說(shuō)明連接成功，客戶端會(huì)使用onmessage處理接收

其中event參數(shù)包含這次溝通的詳細(xì)信息，從服務(wù)端回傳的消息會(huì)在event的data屬性中。

手動(dòng)在控制臺(tái)調(diào)用send發(fā)送消息，打印event回傳信息:

服務(wù)端定時(shí)發(fā)送

上面是從客戶端發(fā)送消息，服務(wù)端回傳。我們也可以通過(guò)setInterval讓服務(wù)端在固定時(shí)間發(fā)送消息給客戶端:

server.js修改如下:

//當(dāng)WebSocket從外部連接時(shí)執(zhí)行
wss.on('connection',?(ws)?=>?{
??//連接時(shí)執(zhí)行此?console?提示
??console.log('Client?connected');

+??//固定發(fā)送最新消息給客戶端
+??const?sendNowTime?=?setInterval(()?=>?{
+????ws.send(String(new?Date()));
+??},?1000);

-??//對(duì)message設(shè)置監(jiān)聽，接收從客戶端發(fā)送的消息
-??ws.on('message',?(data)?=>?{
-????//data為客戶端發(fā)送的消息，將消息原封不動(dòng)返回回去
-????ws.send(data);
-??});

??//當(dāng)?WebSocket的連接關(guān)閉時(shí)執(zhí)行
??ws.on('close',?()?=>?{
????console.log('Close?connected');
??});
});

客戶端連接后就會(huì)定時(shí)接收，直至我們關(guān)閉websocket服務(wù)

多人聊天

如果多個(gè)客戶端連接按照上面的方式只會(huì)返回各自發(fā)送的消息，先注釋服務(wù)端定時(shí)發(fā)送，開啟兩個(gè)窗口模擬：

如果我們要讓客戶端間消息共享，也同時(shí)接收到服務(wù)端回傳的消息呢？

我們可以使用clients找出當(dāng)前所有連接中的客戶端 ，并通過(guò)回傳消息發(fā)送到每一個(gè)客戶端 中：

修改server.js如下:

...
//當(dāng)WebSocket從外部連接時(shí)執(zhí)行
wss.on('connection',?(ws)?=>?{
??//連接時(shí)執(zhí)行此?console?提示
??console.log('Client?connected');

-??//固定發(fā)送最新消息給客戶端
-??const?sendNowTime?=?setInterval(()?=>?{
-????ws.send(String(new?Date()));
-?},?1000);

+??//對(duì)message設(shè)置監(jiān)聽，接收從客戶端發(fā)送的消息
+???ws.on('message',?(data)?=>?{
+????//取得所有連接中的?客戶端
+????let?clients?=?wss.clients;
+????//循環(huán)，發(fā)送消息至每個(gè)客戶端
+????clients.forEach((client)?=>?{
+??????client.send(data);
+????});
+???});

??//當(dāng)WebSocket的連接關(guān)閉時(shí)執(zhí)行
??ws.on('close',?()?=>?{
????console.log('Close?connected');
??});
});

這樣一來(lái)，不論在哪個(gè)客戶端發(fā)送消息，服務(wù)端都能將消息回傳到每個(gè)客戶端 ：

可以觀察下連接信息:

總結(jié) ?

紙上得來(lái)終覺淺，絕知此事要躬行，希望大家可以把理論配合上面的實(shí)例進(jìn)行消化，搭好服務(wù)端也可以直接使用測(cè)試工具好好玩耍一波

參考文章 ?

?? 阮一峰-WebSocket 教程

?? Using WebSockets on Heroku with Node.js

?? WebSocket 是什么原理？為什么可以實(shí)現(xiàn)持久連接？

擴(kuò)展 ?

如果你覺得本文對(duì)你有幫助，可以查看我的其他文章??：

? Web開發(fā)應(yīng)了解的5種設(shè)計(jì)模式?

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