开发笔记:5000字！带你零距离接触websocket！

1、什么是WebSocket?

1.1、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Request和Response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。

1.2、关联和区别

1.2.1、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。

1.2.2、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）

1.3、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。

1.3.1、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


下面是与传统 HTTP 报文不同的地方：

Upgrade: websocket
Connection: Upgrade


表示发起的是 WebSocket 协议

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


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


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。

2、关于Websocket

2.1、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。

2.2、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


2.3、WebSocket实践

2.3.1、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


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('Closeconnected');
    });
});


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。

2.3.2、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

  
    
  



// 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');
};


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:

2.3.3、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');
    });
});


客户端连接后就会定时接收，直至我们关闭websocket服务。

2.3.4、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');
    });
});


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:

3、总结