WebSocket以及socketIO的使用

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。

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

创建服务端IO对象 io = require('socket.io')(httpServer);
监视连接 io.on('connection',function(socket))
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

引入客户端socket.io-client 库
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）
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 join 和 left

//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