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WebSocket的简单介绍及应用

定时刷新的不足与改进

web开发中可能遇到这样的场景:网页里的某一块区域里写了一些内容,但这些内容不是固定的,即使看网页的人没有做任何操作,它们也会随时间不断变化。股票行情、活动或游戏的榜单都是比较常见的例子。

对此,一般的做法是用 setTimeout()setInverval() 定时执行任务,任务内容是Ajax访问一次服务器,并在成功拿到返回数据后去更新页面。

这种定时刷新的做法会有这样一些感觉不足的地方:

  • 频繁的定时网络请求对浏览器(客户端)和服务器来说都是一种负担,尤其是当网页里有多个定时刷新区域的时候。
  • 某几次的定时任务可能是不必要的,因为服务器可能并没有新数据,还是返回了和上一次一样的内容。
  • 页面内容可能不够新,因为服务器可能刚更新了数据,但下一轮定时任务还没有开始。

造成这些不足的原因归结起来,主要还是由于服务器的响应总是被动的。HTTP协议限制了一次通信总是由客户端发起请求,再由服务器端来返回响应。

因此,如果让服务器端也可以主动发送信息到客户端,就可以很大程度改进这些不足。WebSocket就是一个实现这种双向通信的新协议。

WebSocket是基于HTTP的功能追加协议

WebSocket最初由html5提出,但现在已经发展为一个独立的协议标准。WebSocket可以分为协议( Protocol )和 API 两部分,分别由 IETF 和W3C制定了标准。

先来看看WebSocket协议的建立过程。

为了实现WebSocket通信,首先需要客户端发起一次普通HTTP请求(也就是说,WebSocket的建立是依赖HTTP的)。请求报文可能像这样:

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

其中HTTP头部字段 Upgrade: websocketConnection: Upgrade 很重要,告诉服务器通信协议将发生改变,转为WebSocket协议。支持WebSocket的服务器端在确认以上请求后,应返回状态码为 101 Switching Protocols 的响应:

HTTP/1.1 101 Switching Protocols Upgrade: websocket Connection: Upgrade Sec-WebSocket-Accept: nRu4KAPUPjjWYrnzxDVeqOxCvlM= 

其中字段 Sec-WebSocket-Accept 是由服务器对前面客户端发送的 Sec-WebSocket-Key 进行确认和加密后的结果,相当于一次验证,以帮助客户端确信对方是真实可用的WebSocket服务器。

验证通过后,这个握手响应就确立了WebSocket连接,此后,服务器端就可以主动发信息给客户端了。此时的状态比较像服务器端和客户端接通了电话,无论是谁有什么信息想告诉对方,开口就好了。

一旦建立了WebSocket连接,此后的通信就不再使用HTTP了,改为使用WebSocket独立的数据帧(这个帧有办法看到,见后文)。

整个过程像这样:

WebSocket的简单介绍及应用

简单的应用示例

应用WebSocket有这样几件事要做:

  • 选用 支持WebSocket的浏览器
  • 网页内添加创建WebSocket的代码。
  • 服务器端添加使用WebSocket通信的代码。

服务器端

以Node的服务器为例,我们使用 ws 这个组件,这样搭建一个支持WebSocket的服务器端:

var request = require("request"); var dateFormat = require("dateformat"); var WebSocket = require("ws"),     WebSocketServer = WebSocket.Server,     wss = new WebSocketServer({         port: 8080,         path: "/guest"     });  // 收到来自客户端的连接请求后,开始给客户端推消息 wss.on("connection", function(ws) {     ws.on("message", function(message) {         console.log("received: %s", message);     });     sendGuestInfo(ws); });  function sendGuestInfo(ws) {     request("http://uinames.com/api?region=china",         function(error, response, body) {             if (!error && response.statusCode === 200) {                 var jsonObject = JSON.parse(body),                     guest = jsonObject.name + jsonObject.surname,                     guestInfo = {                         guest: guest,                         time: dateFormat(new Date(), "HH:MM:ss")                     };                  if (ws.readyState === WebSocket.OPEN) {                      // 发,送                     ws.send(JSON.stringify(guestInfo));                      // 用随机来“装”得更像不定时推送一些                     setTimeout(function() {                         sendGuestInfo(ws);                     }, (Math.random() * 5 + 3) * 1000);                 }             }         }); } 

这个例子使用了姓名生成站点 uinames 的API服务,来生成 {guest: "人名", time: "15:26:01"} 这样的数据。函数 sendGuestInfo() 会不定时执行,并把包含姓名和时间的信息通过 send() 方法发送给客户端。另外,注意 send() 方法需要以字符串形式来发送json数据。

这就像是服务器自己在做一些事,然后在需要的时候会通知客户端一些信息。

客户端

客户端我们使用原生javascript来完成(仅支持WebSocket的浏览器):

var socket = new WebSocket("ws://localhost:8080/guest");  socket.onopen = function(openEvent) {     console.log("WebSocket conntected."); };  socket.onmessage = function(messageEvent) {     var data = messageEvent.data,         dataObject = JSON.parse(data);     console.log("Guest at " + dataObject.time + ": " + dataObject.guest); };  socket.onerror = function(errorEvent) {     console.log("WebSocket error: ", errorEvent); };  socket.onclose = function(closeEvent) {     console.log("WebSocket closed."); }; 

WebSocket的URL格式是 ws://wss:// 。因此,需要注意下URL地址的写法,这也包括注意WebSocket服务器端的路径(如这里的 /guest )等信息。因为是本地的示例所以这里是 localhost

客户端代码的流程很简单:创建 WebSocket 对象,然后指定 onopenonmessage 等事件的回调即可。其中 onmessage 是客户端与服务器端通过WebSocket通信的关键事件,想要在收到服务器通知后做点什么,写在 onmessage 事件的回调函数里就好了。

效果及分析

通过 node server (假定服务器端的文件名为 server.js )启动WebSocket服务器后,用浏览器打开一个引入了前面客户端代码的html(直接文件路径 file:/// 就可以),就可以得到像这样的结果:

WebSocket的简单介绍及应用

联系前面客户端的代码可以想到,实际从创建 WebSocket 对象的语句开始,连接请求就会发送,并很快建立起WebSocket连接(不出错误的话),此后就可以收到来自服务器端的通知。如果此时客户端还想再告诉服务器点什么,这样做:

socket.send("Hello, server!"); 

服务器就可以收到:

WebSocket的简单介绍及应用

当然,这也是因为前面服务器端的代码内同样设置了 message 事件的回调。在这个客户端和服务器都是javascript的例子中,无论是服务器端还是客户端,都用 send() 发送信息,都通过 message 事件设置回调,形式上可以说非常一致。

其他可用的数据类型

WebSocket的 send() 可以发送的消息,除了前面用的字符串类型之外,还有两种可用,它们是 BlobArrayBuffer

它们都代表二进制数据,可用于原始文件数据的发送。比如,这是一个发送Blob类型数据以完成向服务器上传图片的例子:

var fileEl = document.getElementById("image_upload"); var file = fileEl.files[0]; socket.send(file); 

然后服务器端可以这样把文件保存下来:

var fs = require("fs");  wss.on("connection", function(ws) {     ws.on("message", function(message) {         fs.writeFile("upload.png", message, "binary", function(error) {             if (!error) {                 console.log("File saved.");             }         });     }); }); 

在客户端接收二进制数据时,需注意WebSocket对象有一个属性 binaryType ,初始值为 "blob" 。因此,如果接收的二进制数据是 ArrayBuffer ,应在接收之前这样做:

socket.binaryType = "arraybuffer"; 

其他WebSocket服务器端

其他语言来做WebSocket服务器是怎样的呢?下面是一个php的WebSocket服务器的例子(使用 Ratchet ):

<?php use Ratchet/ConnectionInterface; use Ratchet/MessageComponentInterface;  require __DIR__ . '/vendor/autoload.php';  class GuestServer implements MessageComponentInterface {      public function onOpen(ConnectionInterface $conn) {         $conn->send('The server is listening to you now.');     }      public function onMessage(ConnectionInterface $conn, $msg) {         $conn->send($this->generateGuestInfo());     }      public function onClose(ConnectionInterface $conn) {     }      public function onError(ConnectionInterface $conn, /Exception $e) {         $conn->close();     }      private function generateGuestInfo() {         $jsonString = file_get_contents('http://uinames.com/api?region=china');         $jsonObject = json_decode($jsonString, true);         $guest = $jsonObject['name'] . $jsonObject['surname'];         $guestInfo = array(             'guest' => $guest,             'time' => date('H:i:s', time()),         );          return json_encode($guestInfo);     } }  $app = new Ratchet/App('localhost', 8080); $app->route('/guest', new GuestServer(), array('*')); $app->run(); ?> 

这个例子也同样是由服务器返回 {guest: "人名", time: "15:26:01"} 的json数据,不过由于php不像Node那样可以用 setTimeout() 很容易地实现异步定时任务,这里改为在客户端发送一次任意信息后,再去uinames取得信息并返回。

也可以看到,php搭建的WebSocket服务器仍然是近似的,主要通过WebSocket的 openmessage 等事件来实现功能。

在Chrome开发工具中查看WebSocket数据帧

Chrome开发工具中选择Network,然后找到WebSocket的那个请求,里面可以选择Frames。在Frames里看到的,就是WebSocket的数据帧了:

WebSocket的简单介绍及应用

可以看到很像聊天记录,其中用浅绿色标注的是由客户端发送给服务器的部分。

结语

总的来说,把服务器和客户端拉到了一个聊天窗口来办事,这确实是很棒的想法。

即使只从形式上说,WebSocket的事件回调感觉也比定时任务用起来要更亲切一些。

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