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文章目录
WebSocket浅析
一、 WebSocket概念
WebSocket是一种在单个TCP连接上进行全双工通信的网络协议。意为：经过一次TCP握手就可以直接创建持久性连接，进而可实现服务端和客户端双向数据传输。websocket的协议标识是ws和wss
websocket的应用场景：
- 在线聊天
- 协作文档编辑
- 大型多人在线游戏
- 股票交易应用
- webrtc
二、为什么需要WebSocket协议
2.1 WebSocket的出现主要是为了弥补HTTP半双工通信的缺陷。
在websocket没有出现之前，为了让http能够实现即时通信，前辈们也做了一些研究，常用的有三种方法：
-
HTTP轮询
HTTP轮询（polling）：在固定的时间间隔，由浏览器向服务器发起http请求，无论服务器中的数据有没有更新，都会给客户端作出响应。
但如果知道信息交付的精确间隔，那么轮询也是一个好的方案，但对于一些实时的数据是不能预测的，所有就会导致发出一些不必要的请求。
-
长轮询
长轮询（ long polling）：客户端向服务端请求信息，并在设定的时间段内打开一个连接。服务器如果没有任何信息，会保持请求打开，直到有客户端可用的信息，或者直到指定的超时时间用完为止。
长轮询中客户端必须频繁地重连到服务器以读取服务端的信息，会增大服务端到压力。
-
流化技术
客户端向服务端发起一个长连接请求，服务端收到请求后响应它并不断更新连接状态，以确保连接在客户端与服务端之间一直有效。服务端可以通过这个连接将数据主动推送到客户端。
但存在一个问题：每当服务器有需要交付给客户端的信息时，它就会更新响应，但是服务器从不发出完成http响应，从而导致连接一直打开，在这种情况下，代理和防火墙可能会缓存一个响应，就会导致信息交付的延迟增加。
以上三种方法都实现了近乎实时的通信，但都涉及HTTP请求和响应，当然也包含了许多附加和不必要的延迟，此外，在每一种情况下，客户端必须主动给服务器发送消息，且客户端都必须等待请求返回，才能发出后续的请求，再一次增加了延迟。
2.2 websocket与http有着良好的兼容性
默认端口是80和443, 并且握手阶段采用HTTP协议，因此握手的时候不容易屏蔽，能通过各种的HTTP代理。
三、WebSocket通信原理
以七牛webrtc demo为例：https://demo-rtc.qnsdk.com/
详解：
每个WebSocket连接都开始于一个http请求，这个请求和其他请求类似，但是websocket连接请求中包含一个特殊的首标，Upgrade：websocket，意为：客户端想将HTTP协议升级为websocket协议。如果服务端同意，则响应Connection：Upgrade，同时 101 Switching Protocols 也表示协议切换成功，这个过程叫做初始握手。
但为了成功地完成握手，websocket服务器必须根据客户端请求消息中的Sec-WebSocket-Key，响应SHA-1的信息摘要，即：Sec-WebSocket-Accept 。其中：Sec-WebSocket-Key是一个随机字符串，服务端接收到Key之后，会对其进行加密，并进行base-64编码，然后将结果响应给客户端；客户端将Key使用同样的加密算法进行加密并进行base-64编码，当得到的值与服务端响应的值保持一致时，表示真正的握手成功。
至此，HTTP已经完成了它所有的工作，接下来就是完全按照Websocket协议进行通信。
四、WebRTC中websocket的使用
在webrtc中websocket充当信令服务器，那何为信令服务器？信令可理解为信息的传递或者命令的执行，主要是传输用户的一些信息。在webrtc中如果没有信令服务器，webrtc之间是不能够通信的。
蓝色区域表示发送端（Caller）和接收端（Callee），如果两者想要传递媒体数据，那么有两个信息必须经过信令服务器交换；
1）媒体信息：通过SDP协议进行交换，SDP是一个描述多媒体连接内容的协议，其中包含了分辨率、编解码方式、格式、是否支持音频、视频等。例如，Caller想给Callee发一个H264的视频，需要先问一下Callee能不能解H264的视频，如果可以解码，则可以通信；如果Callee只能解H265的视频，则不可通信。
2）网络信息：通常指的是ip地址、端口、以及数据存放地址，我们称之为ICE，这是一个基于offer/answer模式解决NAT穿越的协议集合。在ICE中主要包含STUN+TURN主要协议。当Callee想要接收数据时，需要将所有的网络相关的信息传到信令服务器，信令服务器再转发给Caller，Caller拿到信息之后，发现处于同一个局域网，则可通信，如果不在同一个局域网，则通过TURN协议进行NAT穿越，再利用Relay转发，两者即可通信。
因为TCP的超时时间为60s，如果要保持长连接的话，最好加一个ping/pong的心跳检测，就是服务端给客户端发一个ping的消息（绿色），客户端再给服务端发送一个pong的消息（红色），就是在server端加一个定时调用函数setInterval，即可实现
setInterval(() => {
connect.send('ping');
}, 3000);
五、使用 node.js 实现简易聊天室
第一步：实现服务器
安装第三方依赖库：nodejs-websocket
具体实现如下
const ws = require('nodejs-websocket')
const PORT = 3003
const TYPE_ENTER = 0
const TYPE_LEAVE = 1
const TYPE_MSG = 2
//1. 记录当前连接上来的总的用户数量
let count = 0
//2.conn每个连接到服务器的用户，都会有一个conn
const server = ws.createServer(conn => {
console.log('有用户进来')
count++
conn.userName = `用户${count}`
broadcast({
type:TYPE_ENTER,
msg:`${conn.userName}进入了聊天室`,
time:new Date().toLocaleTimeString()
})
//每当接收到用户传递过来的数据，这个text事件会被触发
conn.on('text',data =>{
console.log('接受到用户的数据',data)
broadcast({
type:TYPE_MSG,
msg:data,
time:new Date().toLocaleTimeString()
})
})
conn.on('close',() => {
console.log('连接断开了')
count--
broadcast({
type:TYPE_LEAVE,
msg:`${conn.userName}离开了聊天室`,
time:new Date().toLocaleTimeString()
})
})
conn.on('error',() => {
console.log('用户连接异常')
})
})
// 通过广播，给所有的用户发送消息
function broadcast(msg){
//server.connections:表示所有用户
server.connections.forEach(item => {
item.send(JSON.stringify(msg))
})
}
server.listen(PORT,() => {
console.log('websocket服务启动成功了,监听了端口' + PORT)
})
第二步：实现客户端
<html>
<head>
<title>在线聊天室</title>
</head>
<body>
<input type="text" placeholder="输入内容">
<button>发送请求</button>
<!--接收消息-->
<div></div>
<script>
var input = document.querySelector('input');
var button = document.querySelector('button');
var div = document.querySelector('div');
const TYPE_ENTER = 0
const TYPE_LEAVE = 1
const TYPE_MSG = 2
//创建websocket对象
var socket = new WebSocket('ws://localhost:3003');
socket.addEventListener('open',function(){
div.innerHTML = '连接服务器成功'
})
//主动给websocket服务发送消息
button.addEventListener('click',function(){
var value = input.value
socket.send(value)
input.value = ''
})
socket.addEventListener('message',function(e){
var data = JSON.parse(e.data)
var dv = document.createElement('div')
dv.innerText = data.msg +'------'+data.time
if(data.typy === TYPE_ENTER){
dv.style.color = 'green'
}else if(data.typy === TYPE_LEAVE){
dv.style.color = 'red'
}else{
dv.style.color = 'blue'
}
div.appendChild(dv)
})
socket.addEventListener('close',function(){
div.innerHTML = '服务断开链接'
})
</script>
</body>
</html>
demo展示：
