golang 长连接web socket原理
1.原理
WebSocket协议用ws表示。此外，还有wss协议，表示加密的WebSocket协议，对应HTTPs协议。
完成握手以后，WebSocket协议就在TCP协议之上，开始传送数据
websocket原理及运行机制
WebSocket是HTML5下一种新的协议。它实现了浏览器与服务器全双工通信，能更好的节省服务器资源和带宽并达到实时通讯的目的。它与HTTP一样通过已建立的TCP连接来传输数据，但是它和HTTP最大不同是：WebSocket是一种双向通信协议。在建立连接后，WebSocket服务器端和客户端都能主动向对方发送或接收数据，就像Socket一样；WebSocket需要像TCP一样，先建立连接，连接成功后才能相互通信。传统HTTP客户端与服务器请求响应模式如下图所示：
WebSocket模式客户端与服务器请求响应模式如下图：
上图对比可以看出，==相对于传统HTTP每次请求-应答都需要客户端与服务端建立连接的模式，WebSocket是类似Socket的TCP长连接通讯模式。一旦WebSocket连接建立后，后续数据都以帧序列的形式传输。在客户端断开WebSocket连接或Server端中断连接前，不需要客户端和服务端重新发起连接请求==。在海量并发及客户端与服务器交互负载流量大的情况下，极大的节省了网络带宽资源的消耗，有明显的性能优势，且客户端发送和接受消息是在同一个持久连接上发起，实时性优势明显。
2.特点
相比HTTP长连接，WebSocket有以下特点：
-
是真正的全双工方式，建立连接后客户端与服务器端是完全平等的，可以互相主动请求。而HTTP长连接基于HTTP，是传统的客户端对服务器发起请求的模式。HTTP长连接中，每次数据交换除了真正的数据部分外，服务器和客户端还要大量交换HTTP header，信息交换效率很低。
-
Websocket协议通过第一个request建立了TCP连接之后，之后交换的数据都不需要发送 HTTP header就能交换数据，这显然和原有的HTTP协议有区别所以它需要对服务器和客户端都进行升级才能实现（主流浏览器都已支持HTML5）。
-
此外还有 multiplexing、不同的URL可以复用同一个WebSocket连接等功能。这些都是HTTP长连接不能做到的。
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连接建立后定期的心跳检测
3.数据格式
在客户端，new WebSocket实例化一个新的WebSocket客户端对象，请求类似 ws://yourdomain:port/path的服务端WebSocket URL，客户端WebSocket对象会自动解析并识别为WebSocket请求，并连接服务端端口，执行双方握手过程，客户端发送数据格式类似：
-
GET /webfin/websocket/ HTTP/1.1
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Host: localhost
-
可以看到，客户端发起的WebSocket连接报文类似传统HTTP报文
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Connection: Upgrade
-
Sec-WebSocket-Key: xqBt3ImNzJbYqRINxEFlkg==
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Origin: http://localhost:8080
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Sec-WebSocket-Version: 13
可以看到，客户端发起的WebSocket连接报文类似传统HTTP报文
- Upgrade：websocket参数值表明这是WebSocket类型请求，
- Sec-WebSocket-Key是WebSocket客户端发送的一个 base64编码的密文，要求服务端必须返回一个对应加密的Sec-WebSocket-Accept应答，否则客户端会抛出Error during WebSocket handshake错误，并关闭连接。
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
这个就是Websocket的核心了，告诉Apache、Nginx等服务器进行协议转换
- Sec-WebSocket-Key: x3JJHMbDL1EzLkh9GBhXDw==
- Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
- Sec-WebSocket-Version: 13
首先，Sec-WebSocket-Key 是一个Base64 encode的值，这个是浏览器随机生成的，告诉服务器验证websocket协议。
然后，Sec_WebSocket-Protocol 是一个用户定义的字符串，用来区分同URL下，不同的服务所需要的协议。
服务端收到报文后返回的数据格式类似：
- HTTP/1.1 101 Switching Protocols
- Upgrade: websocket
- Connection: Upgrade
- Sec-WebSocket-Accept: K7DJLdLooIwIG/MOpvWFB3y3FE8=
Sec-WebSocket-Accept 的值是服务端采用与客户端一致的密钥计算出来后返回客户端的。
HTTP/1.1 101 Switching Protocols表示服务端接受WebSocket协议的客户端连接，经过这样的请求-响应处理后，两端的WebSocket连接握手成功, 后续就可以进行TCP通讯了。用户可以查阅WebSocket协议栈了解WebSocket客户端和服务端更详细的交互数据格式。
在开发方面，WebSocket API 也十分简单：只需要实例化 WebSocket，创建连接，然后服务端和客户端就可以相互发送和响应消息。在WebSocket 实现及案例分析部分可以看到详细的 WebSocket API 及代码实现。
4.源码
golang中的websokectgithub.com/gorilla/websocket
项目中主要使用 github.com/gorilla/websocket这个包。
通过上面对websocket原理的描述可以知道，http到websocket有一个协议转换的过程，重点关注 Upgrade服务端协议转换函数。
// Upgrade upgrades the HTTP server connection to the WebSocket protocol.
//
// The responseHeader is included in the response to the client's upgrade
// request. Use the responseHeader to specify cookies (Set-Cookie) and the
// application negotiated subprotocol (Sec-Websocket-Protocol).
//
// If the upgrade fails, then Upgrade replies to the client with an HTTP error
// response.
func (u *Upgrader) Upgrade(w http.ResponseWriter, r *http.Request, responseHeader http.Header) (*Conn, error) {
if r.Method != "GET" {
return u.returnError(w, r, http.StatusMethodNotAllowed, "websocket: not a websocket handshake: request method is not GET")
}
if _, ok := responseHeader["Sec-Websocket-Extensions"]; ok {
return u.returnError(w, r, http.StatusInternalServerError, "websocket: application specific 'Sec-Websocket-Extensions' headers are unsupported")
}
if !tokenListContainsValue(r.Header, "Connection", "upgrade") {
return u.returnError(w, r, http.StatusBadRequest, "websocket: not a websocket handshake: 'upgrade' token not found in 'Connection' header")
}
if !tokenListContainsValue(r.Header, "Upgrade", "websocket") {
return u.returnError(w, r, http.StatusBadRequest, "websocket: not a websocket handshake: 'websocket' token not found in 'Upgrade' header")
}
if !tokenListContainsValue(r.Header, "Sec-Websocket-Version", "13") {
return u.returnError(w, r, http.StatusBadRequest, "websocket: unsupported version: 13 not found in 'Sec-Websocket-Version' header")
}
checkOrigin := u.CheckOrigin
if checkOrigin == nil {
checkOrigin = checkSameOrigin
}
if !checkOrigin(r) {
return u.returnError(w, r, http.StatusForbidden, "websocket: 'Origin' header value not allowed")
}
challengeKey := r.Header.Get("Sec-Websocket-Key")
if challengeKey == "" {
return u.returnError(w, r, http.StatusBadRequest, "websocket: not a websocket handshake: `Sec-Websocket-Key' header is missing or blank")
}
subprotocol := u.selectSubprotocol(r, responseHeader)
// Negotiate PMCE
var compress bool
if u.EnableCompression {
for _, ext := range parseExtensions(r.Header) {
if ext[""] != "permessage-deflate" {
continue
}
compress = true
break
}
}
var (
netConn net.Conn
err error
)
h, ok := w.(http.Hijacker)
if !ok {
return u.returnError(w, r, http.StatusInternalServerError, "websocket: response does not implement http.Hijacker")
}
var brw *bufio.ReadWriter
netConn, brw, err = h.Hijack()
if err != nil {
return u.returnError(w, r, http.StatusInternalServerError, err.Error())
}
if brw.Reader.Buffered() > 0 {
netConn.Close()
return nil, errors.New("websocket: client sent data before handshake is complete")
}
c := newConnBRW(netConn, true, u.ReadBufferSize, u.WriteBufferSize, brw)
c.subprotocol = subprotocol
if compress {
c.newCompressionWriter = compressNoContextTakeover
c.newDecompressionReader = decompressNoContextTakeover
}
p := c.writeBuf[:0]
p = append(p, "HTTP/1.1 101 Switching ProtocolsrnUpgrade: websocketrnConnection: UpgradernSec-WebSocket-Accept: "...)
p = append(p, computeAcceptKey(challengeKey)...)
p = append(p, "rn"...)
if c.subprotocol != "" {
p = append(p, "Sec-Websocket-Protocol: "...)
p = append(p, c.subprotocol...)
p = append(p, "rn"...)
}
if compress {
p = append(p, "Sec-Websocket-Extensions: permessage-deflate; server_no_context_takeover; client_no_context_takeoverrn"...)
}
for k, vs := range responseHeader {
if k == "Sec-Websocket-Protocol" {
continue
}
for _, v := range vs {
p = append(p, k...)
p = append(p, ": "...)
for i := 0; i < len(v); i++ {
b := v[i]
if b <= 31 {
// prevent response splitting.
b = ' '
}
p = append(p, b)
}
p = append(p, "rn"...)
}
}
p = append(p, "rn"...)
// Clear deadlines set by HTTP server.
netConn.SetDeadline(time.Time{})
if u.HandshakeTimeout > 0 {
netConn.SetWriteDeadline(time.Now().Add(u.HandshakeTimeout))
}
if _, err = netConn.Write(p); err != nil {
netConn.Close()
return nil, err
}
if u.HandshakeTimeout > 0 {
netConn.SetWriteDeadline(time.Time{})
}
return c, nil
}通过该函数可以看到大致流程：
-
判断请求方法是否为GET，不是GET则为非法握手方法
-
根据client的请求头信息，确认升级协议
-
校验跨域
-
填充响应头，响应返回客户端，链接建立
具体实现Server端
主要采用Upgrade函数进行协议转换。指定了ReadBufferSize、WriteBufferSize、HandshakeTimeout参数，同时跨域叫为采用默认校验函数，自定义的校验函数总是返回true跳过了跨域校验
//controller
type MyWebSocketController struct {
beego.Controller
}
var upgrader = websocket.Upgrader{
ReadBufferSize: 1024,
WriteBufferSize: 1024,
HandshakeTimeout: 5 * time.Second,
CheckOrigin: func(r *http.Request) bool {
return true
},
}
func (c *MyWebSocketController) Get() {
ws, err := upgrader.Upgrade(c.Ctx.ResponseWriter, c.Ctx.Request, nil)
if err != nil {
log.Fatal(err)
}
socket.Clients.Set(ws, true)
_, body, _ := ws.ReadMessage()
msg := socket.Message{Message: string(body)}
socket.Broadcast <- msg
}消息处理及转发
var (
Clients = make(map[*websocket.Conn]bool, 1024)
Broadcast = make(chan Message, 1024)
)
type Message struct {
Message string `json:"message"`
}
func init() {
go handleMessages()
}
//广播发送至页面
func handleMessages() {
for {
msg := <-Broadcast
for client := range Clients {
err := client.WriteJSON(msg)
if err != nil {
client.Close()
delete(Clients, client)
}
}
}
}路由注册（采用beego的注解式路由无法完成协议转换，具体原因还未找到
beego.Router("/ws", ¬iceMq.MyWebSocketController{})go client
采用golang自带的golang.org/x/net/websocket包发送消息
package websocket
import (
"net/url"
"github.com/astaxie/beego"
"golang.org/x/net/websocket"
)
type Client struct {
Host string
Path string
}
func NewWebsocketClient(host, path string) *Client {
return &Client{
Host: host,
Path: path,
}
}
func (this *Client) SendMessage(body []byte) error {
u := url.URL{Scheme: "ws", Host: this.Host, Path: this.Path}
ws, err := websocket.Dial(u.String(), "", "http://"+this.Host+"/")
defer ws.Close() //关闭连接
if err != nil {
beego.Error(err)
return err
}
_, err = ws.Write(body)
if err != nil {
beego.Error(err)
return err
}
return nil
}js client
目前主流浏览器都支持WebSocket协议（包括IE 10+）
Sample of websocket with golang
').text("connected").appendTo($ul);
}
ws.onmessage = function(e) {
$(' ').text(event.data).appendTo($ul);
};
var $ul = $('#msg-list');
});
@转载，侵删。