微信小程序之WebSocket

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原文：https://my.oschina.net/jsongo/blog/757871

为什么需要websocket？
传统的实时交互的游戏，或服务器主动发送消息的行为（如推送服务），如果想做在微信上，可能你会使用轮询的方式进行，不过这太消耗资源，大量的请求也加重了服务器的负担，而且延迟问题比较严重。如果是自己开发的app，为了解决这些问题，很多团队会自建socket，使用tcp长链接、自定协议的方式与服务器进行相对实时的数据交互。有能力的团队，采用这种方式自然没什么大问题。不过小团队可能就要花费很多时间去调试，要解决很多难题，这个在成本上就划不来。

H5引入了webSocket来解决网页端的长链接问题，而微信小程序也支持websocket。这是一个非常重要的特性，所以本系列的文章会专门拿出一篇来讨论websocket。
webSocket本质上也是TCP连接，它提供全双工的数据传输。一方面可以避免轮询带来的连接频繁建立与断开的性能损耗，另一方面数据可以是比较实时的进行双向传输（因为是长链接），而且WebSocket允许跨域通信（这里有个潜在的跨域安全的问题，得靠服务端来解决）。目前除IE外的浏览器已经对webSocket支持得很好了，微信小程序再推一把之后，它会变得更加流行。

我们来设计一个新的demo，一个比较有趣的小游戏，多人版扫雷，准确地讲，多人版挖黄金。
后台代码：https://github.com/jsongo/mime-server
前端代码：https://github.com/jsongo/wx-mime

 游戏规则是这样的：把雷换成金子，挖到金子加一分，每人轮流一次（A挖完轮到B，B挖完A才能再点击），点中金子就算你的，也不会炸，游戏继续，直到把场上所有的金子都挖完游戏才结束。跟扫雷一样，数字也是表示周边有几个金子，然后用户根据场上已经翻出来的数字来猜哪一格可能有金子。

这种交互的游戏难点在于，用户的点击操作都要传到服务器上，而且服务器要实时的推送到其它玩家的应用上。另外用户自己也要接收对方操作时实时传过来的数据，这样才不至于重复点中同一个格子。简单讲，就是你要上报操作给服务器，而服务器也要实时给你推消息。为了简化整个模型，我们规定玩家必须轮流来点击，玩家A点完后，才能轮到玩家B，玩家B操作完，玩家A才能点。
我们分几步来实现这个功能。

一、实现思路

1、第一步，我们要先生成扫雷的地图场景
这个算法比较简单，简述一下。随机取某行某列就可以定位一个格子，标记成金子（-1表示金子）。mimeCnt表示要生成的金子的数量，用同样的方式循环标记mimeCnt个随机格子。生成完后，再用一个循环去扫描这些-1的格子，把它周边的格子都加1，当然必须是非金子的格子才加1。代码放在这里。

其中increaseArround用来把这格金子周边的格子都加1，实现也比较简单：

执行genMimeArr()，随机生成结果如下：

-1表示金子。看了下貌似没什么问题。接下去，我们就要接入webSocket了。
（这个是js版本的，其实生成地图场景的工作是在后台生成，这个js版本只是一个演示，不过算法是一样的。）

2、我们需要一个支持webSocket的服务端
本例子中，我们使用python的tornado框架来实现（tornado提供了tornado.websocket模块）。当然读者也可以使用socket.io，专为webSocket设计的js语言的服务端，用起来非常简单，它也对不支持webSocket的浏览器提供了兼容（flash或comet实现）。

笔者本人比较喜欢使用tornado，做了几年后台开发，使用最多的框架之一的就是它，NIO模型，而且非常轻量级，同样的rps，java可能需要700-800M的内存，tornado只要30-40M，所以在一台4G内存的机子上可以跑上百个tornado服务，而java，对不起，只能跑3个虚拟机。微服务的时代，这一点对小公司很重要。当然如果读者本人对java比较熟悉的话，也可以选择netty框架尝试一下。

webSocket用tornado的另一个好处是，它可以在同一个服务（端口）上同时支持webSocket及http两种协议。tornado的官方demo代码中展示了怎么实现同时使用两种协议。在本游戏中，可以这么用：用户进入首页，用http协议去拉取当前的房间号及数据。因为首页是打开最多的，进了首页的用户不一定会玩游戏。所以首页还没必要建立webSocket链接，webSocket链接主要用来解决频繁请求及推送的操作。首页只有一个请求操作。选了房间号后，进去下一个游戏页面再开始建立webSocket链接。

3、客户端
使用微信小程序开发工具，直接连接是会报域名安全错误的，因为工具内部做了限制，对安全域名才会允许连接。所以同样的，这里我们也继续改下工具的源码，把相关的行改掉就行修改方式如下：
找到asdebug.js的这一行，把它改成: if(false)即可。

if (!i(r, "webscoket"))
注：笔者目前使用IDE版本为 0.11.112301 修改代码部分为 if(!(0,l.checkUrl)(o,"webscoket")) ===》 if(false&&!(0,l.checkUrl)(o,"webscoket")) 即可

懒得修改的读者可以直接使用我破解过的IDE。 发起一个websocket链接的代码也比较简单：

wx.connectSocket({
    url: webSocketUrl,
});

在调用这个请求代码之前，先添加下事件监听，这样才知道有没有连接成功：

wx.onSocketOpen(function(res){
    console.log('websocket opened.');
});

连接失败的事件：

wx.onSocketError(function(res){
  console.log('websocket fail');
})

收到服务器的消息时触发的事件：

wx.onSocketMessage(function(res){
    console.log('received msg: ' + res.data);
})

当链接建立之后，发送消息的方法如下：

wx.sendSocketMessage({
    data:msg
})

消息发送
由于建立链接是需要几次握手，需要一定的时间，所以在wx.connectSocket成功之前，如果直接wx.sendSocketMessage发送消息会报错，这里做一个兼容，如果连接还没建立成功，则用一个数组来保存要发送的信息；而链接第一次建立时，把数据遍历一遍，把消息拿出来一个个补发。这个逻辑我们封装成一个send方法，如下：

function sendSocketMessage(msg) {
    if (typeof(msg) === 'object') { // 只能发送string
        msg = JSON.stringify(msg);
    }
    if (socketOpened) { // socketOpened变量在wx.onSocketOpen时设置为true
        wx.sendSocketMessage({
            data:msg
        });
    } else { // 发送的时候，链接还没建立
        socketMsgQueue.push(msg);
    }
}

二、demo功能解析

1、首页entry
为了简化模型，把重点放在webSocket上，我们把首页做成自己填写房间号的形式。读者如果自己有时间和能力的话，可以把首页做成一个房间列表，并显示每个房间有多少人在玩，只有一人的可以进去跟他玩。甚至后面还可以加上观看模式，点击别人的房间进去观看别人怎么玩。

填写房间号的input组件，添加一个事件，取得它的值event.detail.value后setData到本page里面。
点击“开始游戏”，再把房间号存入app的globalData里面，然后wx.navigateTo到主游戏页面index。
这个页面比较简单。

2、主游戏页面
我们封装一个websocket/connect.js模块，专门用来处理websocket链接。主要有两个方法，connect发起webSocket链接，send用来发送数据。
index主页面：

初始化状态，9x9的格子，每一格子其实都是一个button按钮。我们生成的地图场景数据，分别对应着每一格。比如1表示周边的1个金子，0表示周边没有金子，-1表示这格是个金子，我们的目标就是找到这些-1。找得越多得分越高。

这里讨论一个安全性问题。相信一句话：在前端做的安全措施大都是不靠谱的。上图中的矩阵，每个格子背后的数据，不应该放在前端，因为js代码是可以调试的，可以下断点在相应的变量上，就可以看到整个矩阵数据，然后就知道哪些格子是金子，就可以作弊，这是非常不公平的。所以最好的方法是把这些矩阵数据存在后端，每次用户操作的时候，把用户点击的坐标发到后台，后台再判断相应的坐标是什么数据，再返回给前端。这个看似有很多数据传输的交互方式，其实是不会浪费资源，因为用户的每个点击操作，本来就要上报到后台，这样游戏的另一玩家才知道你点了哪个格子。反正都是要传数据的，所以肯定要传坐标，这样前端就完全没有必要知道哪个格子是什么数据，因为后台的推送消息会告诉你。

这样我们就绕过了前端存矩阵数据的问题。但是我们还是需要一个数组来存储当前矩阵状态的，比如哪个格子已经被翻开，里面是什么数据，也就是说要存储场上已经被打开的格子。所以在后台，我们要存储两个数据，一个是所有的矩阵数据，也就是地图场景数据；另一个是当前状态的数据，这个要用来同步双方的界面。

3、结束页面
游戏结束的判断条件，就是场上所有的金子都被挖完了。这个条件也是在后台判断的。
在每次用户挖到金子的时候，后台都会多一个判断逻辑，就是看这个金子是否是最后一个。如果是的话，就发送一个over类型的消息给游戏的所有玩家。
玩家终端接收到这个消息时，就会结束当前的游戏，并跳到结束页面。

没有专门的设计师，随便网上偷了张图片贴上去，界面比较丑。下方显示自己的得分和当前的房间号。

三、实现细节

1、代码结构

前端代码，分了几个模块：pages放所有的页面，common放通用的模块，mime放挖金子的主逻辑（暂时没用到），res放资源文件，websocket放webSocket相关的处理逻辑。
后台代码，读者稍微了解一下就行了，不讨论太多。里面我放了docker文件，熟悉docker的读者可以直接一个命令跑起整个服务端。笔者在自己的服务器上跑了这个webSocket服务，ip和端口已经写在前端代码里，读者轻虐。可能放不久，读者可以自己把这个服务跑起来。

2、消息收发
（1）消息协议
我们简单地定义下，消息的格式如下。 发送消息：

{type: 'dig', …}

type是必带字段。

服务器返回的消息：

{errCode: 0, data: {type: 'dig', …} }

errCode为0的时候，表示请求处理成功，后面带上data字段表示返回的数据，里面的type也是必带字段，表示的是什么类型的消息。
因为webSocket类型的消息跟传统的http请求不太一样，http请求没有状态，一个请求过去，一会儿就返回，返回的数据肯定是针对这个请求的。而webSocket的模型是这样的：客户端发过去很多请求，然后也不知道服务器返回的数据哪个是对应哪个请求，所以需要一个字段来把所有的返回分成多种类型，并进行相应的处理。

（2）发送消息
发送消息就比较容易了，上面我们定义了一个send方法及未连接成功时的简单的消息列表。

（3）接收消息
读者在阅读代码的时候，可能会有一个疑惑，websocket/connect.js里只有send发送方法，而没有接收推送消息的处理，那接收消息的处理在哪？怎么关联起来的？
websocket/目录里面还有另一个文件，msgHandler.js，它就是用来处理接收消息的主要处理模块:

从服务器推送过来的消息，主要有这三种类型：1挖金子操作，可能是自己的操作，也可能是对方的操作，里面有一个字段isMe来表示是否是自己的操作。接收到这类消息时，会翻转地图上相应的格子，并显示出挖的结果。2创建或进入房间的操作，一个房间有两个用户玩，创建者先开始。3游戏结束的消息，当应用接收到这类消息时，会直接跳转到结束页面。
这个处理逻辑，是在websocket/connect.js的wx.onSocketMessage回调里关联上的。
在消息的收发过程中，每个消息交互，调试工具都会记录下来。可以在调试工具里看到，在NetWork->WS里就可以看到：

3、前端挖金子
代码如下：

var websocket = require('../../websocket/connect.js');
var msgReceived = require('../../websocket/msgHandler.js');
Page({
    data: {
        mimeMap: null,
        leftGolds: 0, // 总共有多少金子
        score: 0,     // 我的得分
        roomNo: 0     // 房间号
    },
    x: 0, // 用户点中的列
    y: 0, // 用户点中的行
    onLoad: function () {
        var roomNo = app.getRoomNo();
        this.setData({
            roomNo: roomNo
        });
        // test
        // websocket.send('before connection');

        if (!websocket.socketOpened) {
            // setMsgReceiveCallback
            websocket.setReceiveCallback(msgReceived, this);
            // connect to the websocket
            websocket.connect();
            websocket.send({
              type: 'create'
            });
        }
        else {
            websocket.send({
              type: 'create',
              no: roomNo
            });
        }
    },
    digGold: function(event) { // 不直接判断，而把坐标传给后台判断
        // 被开过的就不管了
        if (event.target.dataset.value < 9) {
          return;
        }

        // 取到这格的坐标
        this.x = parseInt(event.target.dataset.x);
        this.y = parseInt(event.target.dataset.y);
        console.log(this.x, this.y);
        // 上报坐标
        this.reportMyChoice();
    },
    reportMyChoice: function() {
        roomNo = app.getRoomNo();
        websocket.send({
            type: 'dig',
            x: this.x,
            y: this.y,
            no: roomNo
        });
    },
});

在page的onLoad事件里，先更新界面上的房间号信息。然后开始我们的重点，websocket.connect发起webSocket链接，websocket是我们封装的模块。然后把我们msgHandler.js处理逻辑设置到服务端推送消息回调里面。接着，发送一个create消息来创建或加入房间。服务端会对这个消息做出响应，返回本房间的当前状态数据。

digGold是每个格子的点击事件处理函数。这儿有一个逻辑，一个格子周边最多有8个格子，所以每个格子的数据最大不可能大于8，上面代码中可以看到有一个9，这其实是为了跟0区分，用来表示场上目前的还没被翻开的格子的数据，用9来表示，当然你也可以用10，100都行。
wxml的矩阵数据绑定代码如下：

<view wx:for="{{mimeMap}}" wx:for-item="row" wx:for-index="i"
    class="flex-container">
    <button wx:for="{{row}}" wx:for-item="cell" wx:for-index="j"
        class="flex-item {{cell<0?'gold':''}} {{cell<9?'open':''}}"
        bindtap="digGold" data-x="{{j}}" data-y="{{i}}" data-value="{{cell}}">
        {{cell<9?(cell<0?'*':cell):"-"}}
    </button>
</view>

这个比较复杂些。两层for，第一层遍历行，第二层遍历行里的每个格子的数据。wx:for-item指定里面用到的item的名字，wx:for-index指定里面用到的key的名字。每个格子是一个button，class值做了两次判断，如果这个格子的数据小于0，表示它是金子，加上gold这个class，主要是为了给它加样式。而当数据是非9的时候，表示这个格子被翻开了，这时就加上open样式，把颜色设置成橙色。data-x和data-y用来记录格子的坐标，这样的话，用户点击的时候，就可以直接从dataset里取出坐标值，再把这个值发到服务端进行判断。

4、服务端实现
简单的提一下就好，因为后台不是本系列文章的重点，虽然这个demo的开发也花了大半的时候在写后台。前后端的消息交互，借助了webSocket通道，传输我们自己定义格式的内容。上面有个截图显示了后台代码目录的结构，划分得比较随意，handlers里存放了的是主要的处理逻辑。webSocketHandler是入口，在它的on_message里，对收到的客户端的消息，根据类型进行分发，dig类型，分发到answerHandler去处理，create类型，分发到roomHandler里去处理。

还有一点稍微提一下，本例子中的后台webSocket消息处理也跟传统的http处理流程有一点不一样。就是在最后返回的时候，不是直接返回的，而是广播的形式，把消息发送给所有的人。比如用户A点击了格子，后台收到坐标后，会把这个坐标及坐标里的数据一起发送给房间里的所有人，而不是单独返回给上报坐标的人。只是会有一个isMe字段来告诉客户端是否是自己的操作。

总之，在做webSocket开发的时候，上面提到的，前后端都可能会有一些地方跟传统的http接口开发不太一样。读者尝试在做webSocket项目的时候，转换一下思维。

最后提下一个注意点：微信小程序的websocket链接是全局只能有一个，官方提示：“一个微信小程序同时只能有一个 WebSocket 连接，如果当前已存在一个 WebSocket 连接，会自动关闭该连接，并重新创建一个 WebSocket 连接。”

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