WebSocket教程

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WebSocket 是一种网络通信协议,很多高级功能都需要它。

本文介绍 WebSocket 协议的使用方法。


一、为什么需要 WebSocket?


初次接触 WebSocket 的人,都会问同样的问题:我们已经有了 HTTP 协议,为什么还需要另一个协议?它能带来什么好处?

答案很简单,因为 HTTP 协议有一个缺陷:通信只能由客户端发起。

举例来说,我们想了解今天的天气,只能是客户端向服务器发出请求,服务器返回查询结果。HTTP 协议做不到服务器主动向客户端推送信息。


这种单向请求的特点,注定了如果服务器有连续的状态变化,客户端要获知就非常麻烦。我们只能使用"轮询":每隔一段时候,就发出一个询问,了解服务器有没有新的信息。最典型的场景就是聊天室。

轮询的效率低,非常浪费资源(因为必须不停连接,或者 HTTP 连接始终打开)。因此,工程师们一直在思考,有没有更好的方法。WebSocket 就是这样发明的。

二、简介


WebSocket 协议在2008年诞生,2011年成为国际标准。所有浏览器都已经支持了。

它的最大特点就是,服务器可以主动向客户端推送信息,客户端也可以主动向服务器发送信息,是真正的双向平等对话,属于服务器推送技术的一种。


其他特点包括:

(1)建立在 TCP 协议之上,服务器端的实现比较容易。

(2)与 HTTP 协议有着良好的兼容性。默认端口也是80和443,并且握手阶段采用 HTTP 协议,因此不容易屏蔽,能通过各种 HTTP 代理服务器。

(3)数据格式比较轻量,性能开销小,通信高效。

(4)可以发送文本,也可以发送二进制数据。

(5)没有同源限制,客户端可以与任意服务器通信。

(6)协议标识符是ws(如果加密,则为wss),服务器网址就是 URL。

ws://example.com:80/some/path


三、客户端的简单示例


WebSocket 的用法相当简单。

下面是一个网页脚本的例子(点击这里看运行结果),基本上一眼就能明白。

var ws = new WebSocket("wss://echo.websocket.org");

        //创建一个ws对象

ws.onopen = function(evt){ 

        console.log("Connection open ..."); 

        ws.send("Hello WebSockets!");

};

        //onopen属性    连接成功以后的回调函数

ws.onmessage = function(evt) { 

        console.log( "Received Message: " + evt.data); 

        ws.close();

};

        // onmessage属性    监听服务器端返回的信息

ws.onclose = function(evt) { 

        console.log("Connection closed.");

};

        // onclose属性    是关闭

在vue中使用


第一步在data中进行定义

 // 在渲染之前进行调用websocket连接  

created() {

    this.initWebSocket();  

},  

// 离开路由之后断开websocket连接

  destroyed() {

    this.websock.close();  

},  

methods: {

    initWebSocket() {      // 创建一个构造函数返回一个websocket对象      

      const wsurl = `ws://${this.url}${this.types}`;

      this.websock = new WebSocket(wsurl);      // 接受到信息后的回调函数      

    this.websock.onmessage = this.websocketonmessage;      // 连接成功后的回调函数      

    this.websock.onopen = this.websocketonopen;      // 连接失败后的回调函数      

    this.websock.onerror = this.websocketonerror;      // 用于指定关闭后的回调函数      

    this.websock.onclose = this.websocketclose;

    },    

// 改变this的指向,连接建立之后执行send方法发送数据    

websocketonopen() {

      this.websocketsend(JSON.stringify('连接成功,请返回数据'));    

},    

// 连接建立失败重连    

websocketonerror() {

      this.initWebSocket();      console.log('重连中...');

    },    

// 数据接收    

websocketonmessage(e) {

      const redata = JSON.parse(e.data);      console.log(redata, '已经接收到数据');

    },   

 // 数据发送    

websocketnd(Data) {

      this.websock.send(Data);      console.log('已经发送数据');

    }, 

   // 关闭    

websocketclose(e) {

      console.log('连接已经断开');      console.log(e);

    },

四、客户端的 API

WebSocket 客户端的 API 如下。

4.1 WebSocket 构造函数

WebSocket 对象作为一个构造函数,用于新建 WebSocket 实例。

var ws = new WebSocket('ws://localhost:8080');

执行上面语句之后,客户端就会与服务器进行连接。

实例对象的所有属性和方法清单,参见这里。

4.2 webSocket.readyState

readyState属性返回实例对象的当前状态,共有四种。

CONNECTING:值为0,表示正在连接。

OPEN:值为1,表示连接成功,可以通信了。

CLOSING:值为2,表示连接正在关闭。

CLOSED:值为3,表示连接已经关闭,或者打开连接失败。

下面是一个示例。

switch (ws.readyState) {

  case WebSocket.CONNECTING:

    // do something

    break;

  case WebSocket.OPEN:

    // do something

    break;

  case WebSocket.CLOSING:

    // do something

    break;

  case WebSocket.CLOSED:

    // do something

    break;

  default:

    // this never happens

    break;

}

4.3 webSocket.onopen

实例对象的onopen属性,用于指定连接成功后的回调函数。

ws.onopen = function () {

  ws.send('Hello Server!');

}

如果要指定多个回调函数,可以使用addEventListener`方法。

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

  ws.send('Hello Server!');

});

4.4 webSocket.onclose

实例对象的onclose属性,用于指定连接关闭后的回调函数。

ws.onclose = function(event) {

  var code = event.code;

  var reason = event.reason;

  var wasClean = event.wasClean;

  // handle close event

};

ws.addEventListener("close", function(event) {

  var code = event.code;

  var reason = event.reason;

  var wasClean = event.wasClean;

  // handle close event

});

4.5 webSocket.onmessage

实例对象的onmessage属性,用于指定收到服务器数据后的回调函数。

ws.onmessage = function(event) {

  var data = event.data;

  // 处理数据

};

ws.addEventListener("message", function(event) {

  var data = event.data;

  // 处理数据

});

注意,服务器数据可能是文本,也可能是二进制数据(blob对象或Arraybuffer对象)。

ws.onmessage = function(event){

  if(typeof event.data === String) {

    console.log("Received data string");

  }

  if(event.data instanceof ArrayBuffer){

    var buffer = event.data;

    console.log("Received arraybuffer");

  }

}

除了动态判断收到的数据类型,也可以使用binaryType属性,显式指定收到的二进制数据类型。

// 收到的是 blob 数据

ws.binaryType = "blob";

ws.onmessage = function(e) {

  console.log(e.data.size);

};

// 收到的是 ArrayBuffer 数据

ws.binaryType = "arraybuffer";

ws.onmessage = function(e) {

  console.log(e.data.byteLength);

};

4.6 webSocket.send()

实例对象的send()方法用于向服务器发送数据。

发送文本的例子。

ws.send('your message');

发送 Blob 对象的例子。

var file = document

  .querySelector('input[type="file"]')

  .files[0];

ws.send(file);

发送 ArrayBuffer 对象的例子。

// Sending canvas ImageData as ArrayBuffer

var img = canvas_context.getImageData(0, 0, 400, 320);

var binary = new Uint8Array(img.data.length);

for (var i = 0; i < img.data.length; i++) {

  binary[i] = img.data[i];

}

ws.send(binary.buffer);

4.7 webSocket.bufferedAmount

实例对象的bufferedAmount属性,表示还有多少字节的二进制数据没有发送出去。它可以用来判断发送是否结束。

var data = new ArrayBuffer(10000000);

socket.send(data);

if (socket.bufferedAmount === 0) {

  // 发送完毕

} else {

  // 发送还没结束

}

4.8 webSocket.onerror

实例对象的onerror属性,用于指定报错时的回调函数。

socket.onerror = function(event) {

  // handle error event

};

socket.addEventListener("error", function(event) {

  // handle error event

});

五、服务端的实现

WebSocket 服务器的实现,可以查看维基百科的列表。

常用的 Node 实现有以下三种。

µWebSockets

Socket.IO

WebSocket-Node

具体的用法请查看它们的文档,这里不详细介绍了。

六、WebSocketd

下面,我要推荐一款非常特别的 WebSocket 服务器:Websocketd。

它的最大特点,就是后台脚本不限语言,标准输入(stdin)就是 WebSocket 的输入,标准输出(stdout)就是 WebSocket 的输出。


举例来说,下面是一个 Bash 脚本counter.sh。

#!/bin/bash

echo 1

sleep 1

echo 2

sleep 1

echo 3

命令行下运行这个脚本,会输出1、2、3,每个值之间间隔1秒。

$ bash ./counter.sh

1

2

3

现在,启动websocketd,指定这个脚本作为服务。

$ websocketd --port=8080 bash ./counter.sh

上面的命令会启动一个 WebSocket 服务器,端口是8080。每当客户端连接这个服务器,就会执行counter.sh脚本,并将它的输出推送给客户端。

var ws = new WebSocket('ws://localhost:8080/');

ws.onmessage = function(event) {

  console.log(event.data);

};

上面是客户端的 JavaScript 代码,运行之后会在控制台依次输出1、2、3。

有了它,就可以很方便地将命令行的输出,发给浏览器。

$ websocketd --port=8080 ls

上面的命令会执行ls命令,从而将当前目录的内容,发给浏览器。使用这种方式实时监控服务器,简直是轻而易举(代码)。


更多的用法可以参考官方示例。

Bash 脚本读取客户端输入的例子

五行代码实现一个最简单的聊天服务器

websocketd 的实质,就是命令行的 WebSocket 代理。只要命令行可以执行的程序,都可以通过它与浏览器进行 WebSocket 通信。下面是一个 Node 实现的回声服务greeter.js。

process.stdin.setEncoding('utf8');

process.stdin.on('readable', function() {

  var chunk = process.stdin.read();

  if (chunk !== null) {

    process.stdout.write('data: ' + chunk);

  }

});

启动这个脚本的命令如下。

$ websocketd --port=8080 node ./greeter.js

官方仓库还有其他各种语言的例子。

七、参考链接

How to Use WebSockets

WebSockets - Send & Receive Messages

Introducing WebSockets: Bringing Sockets to the Web

(完)

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