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WebSocket以及socketIO的使用

时间:2020-02-24 09:28:00 来源:互联网 作者: 神秘的大神 字体:

简介

WebSocket 使得客户端和服务器之间的数据交换变得更加简单,允许服务端主动向客户端推送数据。在 WebSocket API 中,浏览器和服务器只需要完成一次握手,两者之间就直接可以创建持久性的连接,并进行双向数据传输。

现在,很多网站为了实现推送技术,所用的技术都是 Ajax 轮询。轮询是在特定的的时间间隔(如每1秒),由浏览器对服务器发出HTTP请求,然后由服务器返回最新的数据给客户端的浏览器。这种传统的模式带来很明显的缺点,即浏览器需要不断的向服务器发出请求,然而HTTP请求可能包含较长的头部,其中真正有效的数据可能只是很小的一部分,显然这样会浪费很多的带宽等资源

HTML5 定义的 WebSocket 协议,能更好的节省服务器资源和带宽,并且能够更实时地进行通讯。

websocket轮询与ajax轮询

原生socket

socket是在http基础上,对http进行升级,让连接用socket来完成。

一个典型的Websocket握手请求如下:

客户端请求

GET / HTTP/1.1
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Host: example.com
Origin: http://example.com
Sec-WebSocket-Key: sN9cRrP/n9NdMgdcy2VJFQ==
Sec-WebSocket-Version: 13

服务器回应

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: fFBooB7FAkLlXgRSz0BT3v4hq5s=
Sec-WebSocket-Location: ws://example.com/
  • Connection 必须设置 Upgrade,表示客户端希望连接升级。
  • Upgrade 字段必须设置 Websocket,表示希望升级到 Websocket 协议。
  • Sec-WebSocket-Key 是随机的字符串,服务器端会用这些数据来构造出一个 SHA-1 的信息摘要。把 “Sec-WebSocket-Key” 加上一个特殊字符串 “258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11”,然后计算 SHA-1 摘要,之后进行 BASE-64 编码,将结果做为 “Sec-WebSocket-Accept” 头的值,返回给客户端。如此操作,可以尽量避免普通 HTTP 请求被误认为 Websocket 协议。
  • Sec-WebSocket-Version 表示支持的 Websocket 版本。RFC6455 要求使用的版本是 13,之前草案的版本均应当弃用。
  • Origin 字段是可选的,通常用来表示在浏览器中发起此 Websocket 连接所在的页面,类似于 Referer。但是,与 Referer 不同的是,Origin 只包含了协议和主机名称。
  • 其他一些定义在 HTTP 协议中的字段,如 Cookie 等,也可以在 Websocket 中使用。

服务端

const http = require('http');
const net = require('net');//TCP 原生socket
const crypto = require('crypto');

let server = net.createServer(socket => {

    //握手只有一次
    socket.once('data',(data)=>{
        console.log('握手开始')
        let str = data.toString()
        let lines = str.split('\r\n')

        //舍弃第一行和最后两行
        lines = lines.slice(1,lines.length-2)

        //切开
        let headers ={}
        lines.forEach(line=>{
           let [key,value]= line.split(`: `)

            headers[key.toLowerCase()]=value

        })

        if(headers[`upgrade`]!='websocket'){
            console.log('其他协议',headers[`upgrade`])
            socket.end()
        }else if(headers[`sec-websocket-version`] != '13'){
            console.log('版本不对',headers[`upgrade`])
            socket.end()
        }else {
            let key  = headers['sec-websocket-key']
            let mask = '258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11'

            let hash =crypto.createHash('sha1')
            hash.update(key+mask)
            let key2 =hash.digest('base64')

            socket.write(`HTTP/1.1 101 Switching Protocols\r\nUpgrade: websocket\r\nConnection: Upgrade\r\nSec-WebSocket-Accept: ${key2}\r\n\r\n`)
            //服务器响应,握手结束

            //真正的数据
            socket.on('data',data1 => {
                console.log(data1)//帧

                let FIN = data1[0]&0x001//位运算
                let opcode=data1[0]&0xF0

            })
        }
    })

    //断开
    socket.on('end',() =>{
        console.log('客户端断开')
    })
});

server.listen(8080);

客户端

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <title>Title</title>
  <script>
    let socket = new WebSocket('ws://localhost:8080/')

    socket.emit = function(name,...args){
        socket.send(JSON.stringify({name,data:args}))
        alert(JSON.stringify({name,data:args}))
    }
    
    socket.onopen = function (event) {
        console.log('WebSocket is open')
        socket.emit('msg',12,34)
    }
    
    socket.onmessage = function (event) {
        console.log('有消息过来')
    }
    
    socket.onclose = function () {
        console.log('断开连接')
    }
  </script>
</head>
<body>

</body>
</html>

socket.io

原生socket较复杂,一般都通过框架来使用websocket,socket.io封装了websocket。

socket.io文档

安装

npm install socket.io -s

简单使用

服务端

  1. 创建服务端IO对象 io = require('socket.io')(httpServer);
  2. 监视连接 io.on('connection',function(socket))
  3. 通过emit 、 on
    • on(name,function(data){}) :绑定监听
    • emit(name,data): 发送消息
let app = require('express')();
let httpServer = require('http').createServer(app);


//得到IO对象
let io = require('socket.io')(httpServer);
    //监视连接,(当有一个客户连接上时回调) io关联多个socket
    io.on('connection',function (socket) {
        console.log('socketio connected');
        
        //绑定sendMsg监听,接受客户端发送的消息
        socket.on('sendMsg',function (data) {
            console.log('服务端接受到浏览器的信息');
            
            /*io.emit 发送给所有连接服务器的客户端, 
            socket.emit 发送给当前连接的客户端*/
            socket.emit('receiveMsg',data.name + '_'+ data.date);
            console.log('服务器向浏览器发送消息',data)
        })
    })

http.listen(4000,function(){
    console.log('listening on:4000')
})

客户端

  1. 引入客户端socket.io-client
  2. io(url) 连接服务端,得到socket对象(如果不指定url,将会连接默认主机地址)
  3. 通过emit,on实现通信
    <script src="https://cdn.bootcss.com/socket.io/2.3.0/socket.io.js"></script>
    <script>
     //连接服务器,得到代表连接的socket对象
      const socket = io('ws://localhost:4000');

      //绑定'receiveMessage的监听,来接受服务器发送的数据
      socket.on('receiveMsg',function(data){
          console.log('浏览器端接受消息');
      })

      //向服务器发送消息
      socket.emit('sendMsg',{name: 'Tom',date: Date.now()})
      console.log('浏览向服务器发送消息')
    </script>

实现一个简易的聊天室

上面服务端如果使用socket.emit 实现的是服务端和客户端的一对一发送数据,那么如何将服务端收到的数据发送给其他用户,来实现聊天室效果呢?

这里就需要io.emit 发送数据给当前连接此服务器的所有用户。

服务端

let app = require('express')();
let httpServer = require('http').createServer(app);


//得到IO对象
let io = require('socket.io')(httpServer);
    //监视连接.
    io.on('connection',function (socket) {
        socket.on('chat message', function(msg){
            console.log('connected',msg)
            io.emit('chat message', msg);
        });
        socket.on('disconnected',(res)=>{
            console.log('disconnected',res)
        })
    })

http.listen(4000,function(){
    console.log('listening on:4000')
})

客户端

<head>
    <script src="https://cdn.bootcss.com/socket.io/2.3.0/socket.io.js"></script>
    <script src="https://cdn.bootcss.com/jquery/3.4.1/jquery.min.js"></script>
    <script>
    $(function () {
        let socket = io("ws://localhost:4000");
        $('form').submit(function(e){
            e.preventDefault(); //阻止刷新
            socket.emit('chat message', $('#m').val());
            $('#m').val('');
            return false;
    });
    socket.on('chat message', function(msg){
      $('#messages').append($('<li>').text(msg));
    });
  });
    </script>
</head>
    <body>
        <ul id="messages"></ul>
        <form action="">
          <input id="m" autocomplete="off" /><button>Send</button>
        </form>
      </body>

接下来根据官网的方案进行优化

Here are some ideas to improve the application:

  • Broadcast a message to connected users when someone connects or disconnects.

在服务端,通过io.on('connection') 监听用户连接。

socket.on('disconnect') 监听用户断开。

通过回调向客户端传递提示信息。 socket.id 可以用来独一无二的表示当前会话的客户端id

//服务端
socket.on('add user',function (msg) { //在用户第一次加入时,触发add user,提示所有用户
            io.emit('user joined',{id: socket.id});
        })
socket.on('disconnect',(reason)=>{
            console.log('disconnect',socket.id,reason);
            io.emit('user left',{id: socket.id})
        })


//客户端
 socket.on('user joined',function(data){
        let {id} = data;
        $('#messages').append($('<li>').text(id+'加入聊天室').addClass('log'));
    })
    socket.on('user left',function(data){
        let {id} = data;
        $('#messages').append($('<li>').text(id+'离开聊天室').addClass('log'));
    })
  • Add support for nicknames.
//在客户端提供添加昵称的输入框,当输入完信息后,传递昵称给服务端 
socket.emit('add user', username);

//在服务端重构
 socket.on('add user', function (username) {
     socket.username = username;
     io.emit('user joined', {
            username: socket.username
      });
 })
  • Don’t send the same message to the user that sent it himself. Instead, append the message directly as soon as he presses enter.

通过监听keydown事件,判定 event.which 的值是否为 13(enter的Unicode码是13)。如果是则emit 消息

  • Add “{user} is typing” functionality.

通过监听input事件,来更新type信息

//update
$inputMessage.on('input', function () {
                updateTyping();
            });

function updateTyping() {
     if (connected) {
        if (!typing) {//如果当前没在输入,则更改标志,并发送正在输入的消息消息
           typing = true;
           socket.emit('typing');
         }
      lastTypingTime = (new Date()).getTime();

      setTimeout(function () {
        var typingTimer = (new Date()).getTime();
        var timeDiff = typingTimer - lastTypingTime;
        if (timeDiff >= TYPING_TIMER_LENGTH && typing) {//如果停止输入超时,则发送停止消息
          socket.emit('stop typing');
          typing = false;
          }
      }, TYPING_TIMER_LENGTH);
            }
}

//服务端  传递当前正在输入或停止输入的用户名,用于让客户端显示或消失 is Typing的信息
        socket.on('typing', function () {
            io.emit('typing', {
                username: socket.username
            });
        });

        socket.on('stop typing', function () {
            io.emit('stop typing', {
                username: socket.username
    });
  • Show who’s online.
  • Add private messaging.

更多案例在官方仓库中查找

NameSpaces、rooms

namespace允许用户去分配路径,这个的好处是可以减少TCP资源,同时进行通道隔离

默认的namespace是/ 通过 of 方法可以自定义namespace

//服务端
const nsp = io.of('/my-namespace');
nsp.on('connection', function(socket){
  console.log('someone connected');
});
nsp.emit('hi', 'everyone!');

//客户端
const socket = io('/my-namespace');

对于每个namespace,都可以定义多个频道,也就是room,用户可以 joinleft

//服务端
io.on('connection', function(socket){
  socket.join('some room');
});
//当要向某个房间传数据时,使用 to
io.to('some room').emit('some event');

有的时候需要将数据从一个进程发送到令一个进程,可以通过redis adapter

//一个服务端 可以应用redis adapter
const io = require('socket.io')(3000);
const redis = require('socket.io-redis');
io.adapter(redis({ host: 'localhost', port: 6379 }));

//另一个服务端可以通过连接给服务,从另一个进程的任意频道发送
const io = require('socket.io-emitter')({ host: '127.0.0.1', port: 6379 });
setInterval(function(){
  io.emit('time', new Date);
}, 5000);

参考链接

原来你是这样的Websocket--抓包分析

SocketIO官方文档

socket.io简易教程(群聊,发送图片,分组,私聊)

socketIO官方案例的GitHub仓库

fork的chat案例

菜鸟教程 HTML5 WebSocket