利用html 5 websocket做个山寨版web聊天室(手写C#服务器)

在之前的博客中提到过看到html5 的websocket后很感兴趣，终于可以摆脱长轮询（websocket之前的实现方式可以看看Developer Works上的一篇文章，有简单提到，同时也说了websocket基本概念）等方式做一个山寨版的web聊天室。

什么是websocket

WebSocket 协议是html5引入的一种新的协议，其目的在于实现了浏览器与服务器全双工通信。看了上面链接的同学肯定对过去怎么低效率高消耗（轮询或comet）的做此事已经有所了解了，而在websocket API，浏览器和服务器只需要要做一个握手的动作，然后，浏览器和服务器之间就形成了一条快速通道。两者之间就直接可以数据互相传送。同时这么做有两个好处

1.通信传输字节减少：比起以前使用http传输数据，websocket传输的额外信息很少，据百度说只有2k

2.服务器可以主动向客户端推送消息，而不用客户端去查询

关于概念和好处，网上到处都是，不再赘述，简单看看其原理，然后动手写一个web版聊天室吧

握手

除了TCP连接的三次握手，websocket协议中客户端与服务器想建立连接需要一次额外的握手动作，在最新版的协议中是这个样子的

客户端向服务器发送请求

GET / HTTP/1.1

Upgrade: websocket

Connection: Upgrade

Host: 127.0.0.1:8080

Origin: http://test.com

Pragma: no-cache

Cache-Control: no-cache

Sec-WebSocket-Key: OtZtd55qBhJF2XLNDRgUMg==

Sec-WebSocket-Version: 13

Sec-WebSocket-Extensions: x-webkit-deflate-frame

User-Agent: Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10_9_0) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/31.0.1650.57 Safari/537.36

服务器给出响应

HTTP/1.1 101 Switching Protocols

Upgrade: websocket

Connection: Upgrade

Sec-WebSocket-Accept: xsOSgr30aKL2GNZKNHKmeT1qYjA=

在请求中的“Sec-WebSocket-Key”是随机的，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”加上一个魔幻字符串“258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11”。使用 SHA-1 加密，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（来自维基百科）。

websocket API

经过握手之后浏览器与服务器建立连接，两者就可以互相通信了。websocket的API真心很简单，看看W3C的定义

enum BinaryType { "blob", "arraybuffer" };

[Constructor(DOMString url, optional (DOMString or DOMString[]) protocols)]

interface WebSocket : EventTarget {

  readonly attribute DOMString url;

  // ready state

  const unsigned short CONNECTING = 0;

  const unsigned short OPEN = 1;

  const unsigned short CLOSING = 2;

  const unsigned short CLOSED = 3;

  readonly attribute unsigned short readyState;

  readonly attribute unsigned long bufferedAmount;

  // networking

           attribute EventHandler onopen;

           attribute EventHandler onerror;

           attribute EventHandler onclose;

  readonly attribute DOMString extensions;

  readonly attribute DOMString protocol;

  void close([Clamp] optional unsigned short code, optional DOMString reason);

  // messaging

           attribute EventHandler onmessage;

           attribute BinaryType binaryType;

  void send(DOMString data);

  void send(Blob data);

  void send(ArrayBuffer data);

  void send(ArrayBufferView data);

};

创建websocket

ws=new WebSocket(address); //ws://127.0.0.1:8080

调用其构造函数，传入地址，就可以创建一个websocket了，值得注意的是地址协议得是ws/wss

关闭socket

ws.close();

调用webservice实例的close()方法就可以关闭webservice，当然也可以传入一个code和string说明为什么关了

几个回调函数句柄

由于其异步执行，回调函数自然少不了，有四个重要的

onopen：连接创建后调用
onmessage：接收到服务器消息后调用
onerror：出错时调用
onclose：关闭连接的时候调用

看名字就知道是干什么的了，每个回调函数都会传入一个Event对象，可以通过event.data访问消息

使用API

我们可以在创建socket成功后为其回调函数赋值

ws=new WebSocket(address);

            ws.onopen=function(e){

                var msg=document.createElement('div');

                msg.style.color='#0f0';

                msg.innerHTML="Server > connection open.";

                msgContainer.appendChild(msg);

                ws.send('{<'+document.getElementById('name').value+'>}');

            };

也可以通过事件绑定的方式

ws=new WebSocket(address);

            ws.addEventListener('open',function(e){

                var msg=document.createElement('div');

                msg.style.color='#0f0';

                msg.innerHTML="Server > connection open.";

                msgContainer.appendChild(msg);

                ws.send('{<'+document.getElementById('name').value+'>}');

            });

客户端实现

其实客户端的实现比较简单，除了websocket相关的几句就是一些自动focus、回车键事件处理、消息框自动定位到底部等简单功能，不一一说明了

 <!DOCTYPE html>

 <html>

 <head>

     <title>Web Socket Client</title>

 </head>

 <body style="padding:10px;">

     <h1>Web Socket Chating Room</h1>

     <div style="margin:5px 0px;">

         Address:

         <div><input id="address" type="text" value="ws://127.0.0.1:8080" style="width:400px;"/></div>

     </div>

     <div style="margin:5px 0px;">

         Name:

         <div><input id="name" type="text" value="Byron" style="width:400px;"/></div>

     </div>

     <div>

         <button id="connect" onclick="connect();">connect server</button> &nbsp;&nbsp;

         <button id="disconnect" onclick="quit();">disconnect</button>&nbsp;&nbsp;

         <button id="clear" onclick="clearMsg();">clear</button>

     </div>

     <h5 style="margin:4px 0px;">Message:</h5>

     <div id="message" style="border:solid 1px #333; padding:4px; width:400px; overflow:auto;

          background-color:#404040; height:300px; margin-bottom:8px; font-size:14px;">

     </div>

     <input id="text" type="text" onkeypress="enter(event);" style="width:340px"/> &nbsp;&nbsp;

     <button id="send" onclick="send();">send</button>

     <script type="text/javascript">

         var name=document.getElementById('name').value;

         var msgContainer=document.getElementById('message');

         var text=document.getElementById('text');

         function connect () {

             var address=document.getElementById('address').value;

             ws=new WebSocket(address);

             ws.onopen=function(e){

                 var msg=document.createElement('div');

                 msg.style.color='#0f0';

                 msg.innerHTML="Server > connection open.";

                 msgContainer.appendChild(msg);

                 ws.send('{<'+document.getElementById('name').value+'>}');

             };

             ws.onmessage=function(e){

                 var msg=document.createElement('div');

                 msg.style.color='#fff';

                 msg.innerHTML=e.data;

                 msgContainer.appendChild(msg);

             };

             ws.onerror=function(e){

                 var msg=document.createElement('div');

                 msg.style.color='#0f0';

                 msg.innerHTML='Server > '+e.data;

                 msgContainer.appendChild(msg);

             };

             ws.onclose=function(e){

                 var msg=document.createElement('div');

                 msg.style.color='#0f0';

                 msg.innerHTML="Server > connection closed by server.";

                 msgContainer.appendChild(msg);

             };

             text.focus();

         }

         function quit(){

             if(ws){

                 ws.close();

                 var msg=document.createElement('div');

                 msg.style.color='#0f0';

                 msg.innerHTML='Server > connection closed.';

                 msgContainer.appendChild(msg);

                 ws=null;

             }

         }

         function send(){

             ws.send(text.value);

             setTimeout(function(){

                 msgContainer.scrollTop=msgContainer.getBoundingClientRect().height;

             },100);

             text.value='';

             text.focus();

         }

         function clearMsg(){

             msgContainer.innerHTML="";

         }

         function enter(event){

             if(event.keyCode==13){

              send();

             }

         }

     </script>

 </body>

 </html>

服务器支持

其实websocket的服务器实现网上可以找到很多了，向维基百科中列出的

php - http://code.google.com/p/phpwebsocket/
jetty - http://jetty.codehaus.org/jetty/ (版本7开始支持websocket)
netty - http://www.jboss.org/netty
ruby - http://github.com/gimite/web-socket-ruby
Kaazing - http://www.kaazing.org/confluence/display/KAAZING/Home
Tomcat - http://tomcat.apache.org/ (7.0.26支持websocket)
WebLogic - http://www.oracle.com/us/products/middleware/cloud-app-foundation/weblogic/overview/index.html (12.1.2 开始支持)
node.js - https://github.com/Worlize/WebSocket-Node
node.js - http://socket.io
nginx - http://nginx.com/
mojolicious - http://mojolicio.us/

但是我希望加入一些自己特定的处理，比如用户名识别啊、广播啊什么的，所以自己实现了一个简单的C#版本

websocket 聊天室C#服务器实现

我上篇博客C# socket编程实践——支持广播的简单socket服务器中介绍了怎么实现一个简单的C#广播服务器，在这上面扩展两个部分就能作为websocket服务器了

1.wecsocket握手处理

当服务器收到浏览器握手请求后，首先需要识别握手信息，我简单粗暴的使用了包含字符串处理，当然加入了是否握过手的判断

client.BeginReceive (buffer, , buffer.Length, SocketFlags.None, new AsyncCallback (Recieve), client);

                string msg = Encoding.UTF8.GetString (buffer, , length);

                if (!clientPool [client].IsHandShaked && msg.Contains ("Sec-WebSocket-Key")) {

                    client.Send (PackageHandShakeData (buffer, length));

                    clientPool [client].IsHandShaked = true;

                    return;

                }

识别成功后就可以生成服务器响应发送给客户端了

/// <summary>

        /// 打包服务器握手数据

        /// </summary>

        /// <returns>The hand shake data.</returns>

        /// <param name="handShakeBytes">Hand shake bytes.</param>

        /// <param name="length">Length.</param>

        private byte[] PackageHandShakeData (byte[] handShakeBytes, int length)

        {

            string handShakeText = Encoding.UTF8.GetString (handShakeBytes, , length);

            string key = string.Empty;

            Regex reg = new Regex (@"Sec\-WebSocket\-Key:(.*?)\r\n");

            Match m = reg.Match (handShakeText);

            if (m.Value != "") {

                key = Regex.Replace (m.Value, @"Sec\-WebSocket\-Key:(.*?)\r\n", "$1").Trim ();

            }

            byte[] secKeyBytes = SHA1.Create ().ComputeHash (

                                     Encoding.ASCII.GetBytes (key + "258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11"));

            string secKey = Convert.ToBase64String (secKeyBytes);

            var responseBuilder = new StringBuilder ();

            responseBuilder.Append ("HTTP/1.1 101 Switching Protocols" + "\r\n");

            responseBuilder.Append ("Upgrade: websocket" + "\r\n");

            responseBuilder.Append ("Connection: Upgrade" + "\r\n");

            responseBuilder.Append ("Sec-WebSocket-Accept: " + secKey + "\r\n\r\n");

            return Encoding.UTF8.GetBytes (responseBuilder.ToString ());

        }

2.解析浏览器消息和处理发送给浏览器的消息

websocket中数据并不完全是消息本身，我们需要做一些处理

/// <summary>

        /// 解析客户端发送来的数据

        /// </summary>

        /// <returns>The data.</returns>

        /// <param name="recBytes">Rec bytes.</param>

        /// <param name="length">Length.</param>

        private string AnalyzeClientData (byte[] recBytes, int length)

        {

            if (length < ) {

                return string.Empty;

            }

            bool fin = (recBytes [] & 0x80) == 0x80; // 1bit，1表示最后一帧

            if (!fin) {

                return string.Empty;// 超过一帧暂不处理

            }

            bool mask_flag = (recBytes [] & 0x80) == 0x80; // 是否包含掩码

            if (!mask_flag) {

                return string.Empty;// 不包含掩码的暂不处理

            }

            int payload_len = recBytes [] & 0x7F; // 数据长度  

            byte[] masks = new byte[];

            byte[] payload_data;

            if (payload_len == ) {

                Array.Copy (recBytes, , masks, , );

                payload_len = (UInt16)(recBytes [] <<  | recBytes []);

                payload_data = new byte[payload_len];

                Array.Copy (recBytes, , payload_data, , payload_len);

            } else if (payload_len == ) {

                Array.Copy (recBytes, , masks, , );

                byte[] uInt64Bytes = new byte[];

                for (int i = ; i < ; i++) {

                    uInt64Bytes [i] = recBytes [ - i];

                }

                UInt64 len = BitConverter.ToUInt64 (uInt64Bytes, );

                payload_data = new byte[len];

                for (UInt64 i = ; i < len; i++) {

                    payload_data [i] = recBytes [i + ];

                }

            } else {

                Array.Copy (recBytes, , masks, , );

                payload_data = new byte[payload_len];

                Array.Copy (recBytes, , payload_data, , payload_len);

            }

            for (var i = ; i < payload_len; i++) {

                payload_data [i] = (byte)(payload_data [i] ^ masks [i % ]);

            }

            return Encoding.UTF8.GetString (payload_data);

        }

解析客户端发送来的数据

/// <summary>

        /// 把客户端消息打包处理（拼接上谁什么时候发的什么消息）

        /// </summary>

        /// <returns>The data.</returns>

        /// <param name="message">Message.</param>

        private byte[] PackageServerData (SocketMessage sm)

        {

            StringBuilder msg = new StringBuilder ();

            if (!sm.isLoginMessage) { //消息是login信息

                msg.AppendFormat ("{0} @ {1}:\r\n    ", sm.Client.Name, sm.Time.ToShortTimeString ());

                msg.Append (sm.Message);

            } else { //处理普通消息

                msg.AppendFormat ("{0} login @ {1}", sm.Client.Name, sm.Time.ToShortTimeString ());

            }

            byte[] content = null;

            byte[] temp = Encoding.UTF8.GetBytes (msg.ToString ());

            if (temp.Length < ) {

                content = new byte[temp.Length + ];

                content [] = 0x81;

                content [] = (byte)temp.Length;

                Array.Copy (temp, , content, , temp.Length);

            } else if (temp.Length < 0xFFFF) {

                content = new byte[temp.Length + ];

                content [] = 0x81;

                content [] = ;

                content [] = (byte)(temp.Length & 0xFF);

                content [] = (byte)(temp.Length >>  & 0xFF);

                Array.Copy (temp, , content, , temp.Length);

            } else {

                // 暂不处理超长内容

            }

            return content;

        }

把发送给客户端消息打包处理

如果看不懂我在写什么，并且对C#版websocket感兴趣的同学需要看一下我上一篇博客了

有图有真相

看看我们写的聊天室运行效果吧

服务器

客户端——Byron

客户端——Casper

源代码

源代码我已经上传到了我的github上，对github不感冒的同学可以直接点击这里下载，有兴趣的同学可以下载看看，因为我在Mac+mono+Xamarin Studio上开发的(忽然感觉自己好极品在Mac上用C#。。。)，所以代码编码和Windows可能会有些差距，改成Windows兼容的应该就可以直接运行了，不过没在Window下跑过，如果有错误还请大家多多指正。