【TCP/IP】使用C#实现websocket服务端与客户端通信

一、websocket简介

websocket是一种在单个TCP连接上进行全双工通信的协议。

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。

二、背景

很多网站为了实现推送技术，所用的技术都是轮询。

轮询是在特定的时间间隔，由浏览器对客户端发出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，然后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宽带等资源。

在这种情况下，HTML5定义了websocket协议，能更好的节省服务器资源和宽带，而且能够更实时地进行通讯。

三、优点

1、控制开销

创建连接后，服务器和客户端之间交换数据时，用于协议控制的数据包头部相对较小。

2、实时性更强

由于协议是全双工的，所以服务器可以随时主动给客户端下发数据。相对于HTTP请求需要等待客户端发起请求服务端才能响应，延迟明显更少。

3、保持连接状态

与HTTP不同的是，Websocket需要先创建连接，这就使得其成为一种有状态的协议，之后通信时可以省略部分状态信息。而HTTP请求可能需要在每个请求都携带状态信息（如身份认证等）。

4、更好的二进制支持

5、支持扩展和更好的实现压缩效果

四、原理

websocket同HTTP一样也是应用层的协议，但是它是一种双向通信协议，建立在TCP之上的。

连接过程（握手过程）

1、客户端、服务器建立TCP连接，三次握手。

这是通信的基础，传输控制层，若失败后续都不执行。

2、TCP连接成功后，客户端通过HTTP协议向服务器传送websocket支持的版本号信息。（开始前的HTTP握手）

3、服务器收到客户端的握手请求后，同样采用HTTP协议回馈数据。

4、当收到了连接成功的消息后，通过TCP通道进行传输通信。

五、websocket和socket的关系

socket其实并不是一个协议，而是为了方便使用TCP和UDP而抽象出来的一层，是位于应用层和传输控制层之间的一组接口。

socket是应用层与TCP/IP协议通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议隐藏在socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让socket去组织数据，以符合指定的协议。

两台主机通信，必须通过socket连接，socket则利用TCP/IP协议建立TCP连接。TCP连接则更依靠于底层的IP协议，IP协议的连接则依赖于链路层等更低层次。

websocket则是一个典型的应用层协议。

六、使用C#实现websocket服务端与客户端通信

（一） SuperWebSocket实现服务端

1、创建窗口程序，WindowsFormsWebsocketServer

2、添加程序包

工具 -->Nuget包管理 -->管理解决方案的Nuget程序包 -->搜索 SuperWebSocket ，选择SuperWebSocketNETServer，点击右侧 安装，等待安装完成，安装完成以后，项目会多出很多引用库，如下 

3、代码实例

using SuperWebSocket;
using System;
using System.Windows.Forms;

namespace WindowsFormsWebsocketServer
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
            websocketServer();
        }

        private void websocketServer()
        {
            Log("我是服务端");
            WebSocketServer webSocketServer = new WebSocketServer();
            webSocketServer.NewSessionConnected += WebSocketServer_NewSessionConnected;
            webSocketServer.NewMessageReceived += WebSocketServer_NewMessageReceived;
            webSocketServer.SessionClosed += WebSocketServer_SessionClosed;
            if (!webSocketServer.Setup("127.0.0.1", 1234))
            {
                Log("设置服务监听失败！");
            }
            if (!webSocketServer.Start())
            {
                Log("启动服务监听失败！");
            }
            Log("启动服务监听成功！");
            //webSocketServer.Dispose();
        }

        private void WebSocketServer_NewSessionConnected(WebSocketSession session)
        {
            Log("欢迎客户端： 加入");
            //SendToAll(session, msg);
        }

        private void WebSocketServer_NewMessageReceived(WebSocketSession session, string value)
        {
            Log("服务端收到客户端的数据 ==》"+value);
            //SendToAll(session, value);
        }

        private void WebSocketServer_SessionClosed(WebSocketSession session, SuperSocket.SocketBase.CloseReason value)
        {
            Log("客户端：关闭，原因：");
            //SendToAll(session, msg);
        }

        /// 

        /// 广播，同步推送消息给所有的客户端
        /// 
        /// 
        /// 
        public static void SendToAll(WebSocketSession webSocketSession, string msg)
        {
            foreach (var item in webSocketSession.AppServer.GetAllSessions())
            {
                item.Send(msg);
            }
        }

        private delegate void DoLog(string msg);
        public void Log(string msg)
        {
            if (this.logReveal.InvokeRequired)
            {
                DoLog doLog = new DoLog(Log);
                this.logReveal.Invoke(doLog, new object[] { msg });
            }
            else
            {
                if (this.logReveal.Items.Count > 20)
                {
                    this.logReveal.Items.RemoveAt(0);
                }
                msg = DateTime.Now.ToLocalTime().ToString() + " " + msg;
                this.logReveal.Items.Add(msg);
            }
        }
    }
}

（二）WebSocket4Net实现客户端

1、创建窗口程序，WindowsFormsWebsocketClient

2、添加程序包

工具 -->Nuget包管理 -->管理解决方案的Nuget程序包 -->搜索 WebSocket4Net ，选择WebSocket4Net，点击右侧 安装，等待安装完成，安装完成以后，项目会多出很多引用库，如下 

3、代码实例

using System;
using WebSocket4Net;
using System.Threading;
using System.Windows.Forms;

namespace WindowsFormsWebsocketClient
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
            websocketServerTest();
        }

        public static WebSocket webSocket4Net = null;
        public void websocketServerTest()
        {
            FileUtil.getInstance().Log("我是客户端");
            webSocket4Net = new WebSocket("ws://127.0.0.1:1234");
            webSocket4Net.Opened += WebSocket4Net_Opened;
            webSocket4Net.Error += websocket_Error;
            webSocket4Net.Closed += new EventHandler(websocket_Closed);
            webSocket4Net.MessageReceived += WebSocket4Net_MessageReceived;
            webSocket4Net.Open();
            Thread thread = new Thread(ClientSendMsgToServer);
            thread.IsBackground = true;
            thread.Start();
            //webSocket4Net.Dispose();
        }

        private void saveBtn_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            websocketServerTest();
        }

        public void ClientSendMsgToServer()
        {
            int i = 1;
            while (true)
            {
                webSocket4Net.Send("love girl" + i++);
                Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(5));
            }
        }

        private void WebSocket4Net_MessageReceived(object sender, MessageReceivedEventArgs e)
        {
            FileUtil.getInstance().Log("服务端回复的数据:" + e.Message);
        }

        private void WebSocket4Net_Opened(object sender, EventArgs e)
        {
            FileUtil.getInstance().Log("客户端连接成功！发送数据中...");
            webSocket4Net.Send("来自客户端，准备发送数据！");
        }

        private void websocket_Error(object sender, EventArgs e)
        {
            FileUtil.getInstance().Log("WebSocket错误");
            Thread.Sleep(5000);
            if (webSocket4Net.State!= WebSocketState.Open&&webSocket4Net.State!=WebSocketState.Connecting)
            {
                websocketServerTest();
            }
        }

        private void websocket_Closed(object sender, EventArgs e)
        {
            FileUtil.getInstance().Log("WebSocket已关闭");
            Thread.Sleep(5000);
            if (webSocket4Net.State != WebSocketState.Open && webSocket4Net.State != WebSocketState.Connecting)
            {
                websocketServerTest();
            }
        }
    }
}

（三）客户端向服务端发送消息

客户端：

服务端：