阅读 16249

零距离接触websocket🚀

什么是WebSocket

定义

Websocket是一个持久化的网络通信协议,可以在单个 TCP 连接上进行全双工通讯,没有了RequestResponse的概念,两者地位完全平等,连接一旦建立,客户端和服务端之间实时可以进行双向数据传输

关联和区别

  • HTTP
  1. HTTP是非持久的协议,客户端想知道服务端的处理进度只能通过不停地使用 Ajax进行轮询或者采用 long poll 的方式来,但是前者对服务器压力大,后者则会因为一直等待Response造成阻塞

  2. 虽然http1.1默认开启了keep-alive长连接保持了这个TCP通道使得在一个HTTP连接中,可以发送多个Request,接收多个Response,但是一个request只能有一个response。而且这个response也是被动的,不能主动发起。

  3. websocket虽然是独立于HTTP的一种协议,但是websocket必须依赖 HTTP 协议进行一次握手(在握手阶段是一样的),握手成功后,数据就直接从 TCP通道传输,与 HTTP 无关了,可以用一张图理解两者有交集,但是并不是全部。

  • socket
  1. socket也被称为套接字,与HTTP和WebSocket不一样,socket不是协议,它是在程序层面上对传输层协议(可以主要理解为TCP/IP)的接口封装。可以理解为一个能够提供端对端的通信的调用接口(API)
  2. 对于程序员而言,其需要在 A 端创建一个 socket 实例,并为这个实例提供其所要连接的 B 端的 IP 地址和端口号,而在 B 端创建另一个 socket 实例,并且绑定本地端口号来进行监听。当 A 和 B 建立连接后,双方就建立了一个端对端的 TCP 连接,从而可以进行双向通信。WebSocekt借鉴了 socket 的思想,为 client 和 server 之间提供了类似的双向通信机制

应用场景

WebSocket可以做弹幕、消息订阅、多玩家游戏、协同编辑、股票基金实时报价、视频会议、在线教育、聊天室等应用实时监听服务端变化

Websocket握手

  • Websocket握手请求报文:
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
复制代码

下面是与传统 HTTP 报文不同的地方:

Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
复制代码

表示发起的是 WebSocket 协议

Sec-WebSocket-Key: x3JJHMbDL1EzLkh9GBhXDw==
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
Sec-WebSocket-Version: 13
复制代码

Sec-WebSocket-Key 是由浏览器随机生成的,验证是否可以进行Websocket通信,防止恶意或者无意的连接。

Sec_WebSocket-Protocol 是用户自定义的字符串,用来标识服务所需要的协议

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

  • 服务器响应:
HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: HSmrc0sMlYUkAGmm5OPpG2HaGWk=
Sec-WebSocket-Protocol: chat
复制代码

101 响应码 表示要转换协议。

Connection: Upgrade 表示升级新协议请求。

Upgrade: websocket 表示升级为 WebSocket 协议。

Sec-WebSocket-Accept 是经过服务器确认,并且加密过后的 Sec-WebSocket-Key。用来证明客户端和服务器之间能进行通信了。

Sec-WebSocket-Protocol 表示最终使用的协议。

至此,客户端和服务器握手成功建立了Websocket连接,HTTP已经完成它所有工作了,接下来就是完全按照Websocket协议进行通信了。

关于Websocket

WebSocket心跳

可能会有一些未知情况导致SOCKET断开,而客户端和服务端却不知道,需要客户端定时发送一个心跳 Ping 让服务端知道自己在线,而服务端也要回复一个心跳 Pong告诉客户端自己可用,否则视为断开

WebSocket状态

WebSocket 对象中的readyState属性有四种状态:

  • 0: 表示正在连接
  • 1: 表示连接成功,可以通信了
  • 2: 表示连接正在关闭
  • 3: 表示连接已经关闭,或者打开连接失败

WebSocket实践

服务端接收发送消息

WebSocket的服务端部分,本文会以Node.js搭建

安装express和负责处理WebSocket协议的ws

npm install express ws
复制代码

安装成功后的package.json:

接着在根目录创建server.js文件:

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

//指定开启的端口号
const PORT = 3000;

// 创建express,绑定监听3000端口,且设定开启后在consol中提示
const server = express().listen(PORT, () => console.log(`Listening on ${PORT}`));

// 将express交给SocketServer开启WebSocket的服务
const wss = new SocketServer({ server });

//当 WebSocket 从外部连接时执行
wss.on('connection', (ws) => {
  //连接时执行此 console 提示
  console.log('Client connected');

  // 对message设置监听,接收从客户端发送的消息
  ws.on('message', (data) => {
    //data为客户端发送的消息,将消息原封不动返回回去
    ws.send(data);
  });

  // 当WebSocket的连接关闭时执行
  ws.on('close', () => {
    console.log('Close connected');
  });
});
复制代码

执行node server.js启动服务,端口打开后会执行监听时间打印提示,说明服务启动成功

在开启WebSocket后,服务端会在message中监听,接收参数data捕获客户端发送的消息,然后使用send发送消息

客户端接收发送消息

分别在根目录创建index.html和index.js文件

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

</html>
复制代码
  • index.js
// 使用WebSocket的地址向服务端开启连接
let ws = new WebSocket('ws://localhost:3000');

// 开启后的动作,指定在连接后执行的事件
ws.onopen = () => {
  console.log('open connection');
};

// 接收服务端发送的消息
ws.onmessage = (event) => {
  console.log(event);
};

// 指定在关闭后执行的事件
ws.onclose = () => {
  console.log('close connection');
};
复制代码

上面的url就是本机node开启的服务地址,分别指定连接(onopen),关闭(onclose)和消息接收(onmessage)的执行事件,访问html,打印ws信息

打印了open connection说明连接成功,客户端会使用onmessage处理接收

其中event参数包含这次沟通的详细信息,从服务端回传的消息会在event的data属性中。

手动在控制台调用send发送消息,打印event回传信息:

服务端定时发送

上面是从客户端发送消息,服务端回传。我们也可以通过setInterval让服务端在固定时间发送消息给客户端:

server.js修改如下:

//当WebSocket从外部连接时执行
wss.on('connection', (ws) => {
  //连接时执行此 console 提示
  console.log('Client connected');

+  //固定发送最新消息给客户端
+  const sendNowTime = setInterval(() => {
+    ws.send(String(new Date()));
+  }, 1000);

-  //对message设置监听,接收从客户端发送的消息
-  ws.on('message', (data) => {
-    //data为客户端发送的消息,将消息原封不动返回回去
-    ws.send(data);
-  });

  //当 WebSocket的连接关闭时执行
  ws.on('close', () => {
    console.log('Close connected');
  });
});
复制代码

客户端连接后就会定时接收,直至我们关闭websocket服务

多人聊天

如果多个客户端连接按照上面的方式只会返回各自发送的消息,先注释服务端定时发送,开启两个窗口模拟:

如果我们要让客户端间消息共享,也同时接收到服务端回传的消息呢?

我们可以使用clients找出当前所有连接中的客户端 ,并通过回传消息发送到每一个客户端 中:

修改server.js如下:

...

//当WebSocket从外部连接时执行
wss.on('connection', (ws) => {
  //连接时执行此 console 提示
  console.log('Client connected');

-  //固定发送最新消息给客户端
-  const sendNowTime = setInterval(() => {
-    ws.send(String(new Date()));
- }, 1000);

+  //对message设置监听,接收从客户端发送的消息
+   ws.on('message', (data) => {
+    //取得所有连接中的 客户端
+    let clients = wss.clients;
+    //循环,发送消息至每个客户端
+    clients.forEach((client) => {
+      client.send(data);
+    });
+   });

  //当WebSocket的连接关闭时执行
  ws.on('close', () => {
    console.log('Close connected');
  });
});
复制代码

这样一来,不论在哪个客户端发送消息,服务端都能将消息回传到每个客户端 : 可以观察下连接信息:

总结 🥇

纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行,希望大家可以把理论配合上面的实例进行消化,搭好服务端也可以直接使用测试工具好好玩耍一波

参考文章 📜

❤️ 阮一峰-WebSocket 教程

❤️ Using WebSockets on Heroku with Node.js

❤️ WebSocket 是什么原理?为什么可以实现持久连接?

扩展 🏆

如果你觉得本文对你有帮助,可以查看我的其他文章❤️:

👍 Web开发应了解的5种设计模式🍊

👍 10个简单的技巧让你的 vue.js 代码更优雅🍊

👍 Web开发应该知道的数据结构🍊

👍 经典面试题!从输入URL到页面展示你还不赶紧学起来?🍊

👍 浅谈SSL协议的握手过程🍊