深入理解WebSocket,让你入门音视频

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原文在这里https://testerhome.com/topics/34427

文章目录

  • WebSocket浅析
    • 一、 WebSocket概念
    • 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。
      • 2.2 websocket与http有着良好的兼容性
    • 三、WebSocket通信原理
    • 四、WebRTC中websocket的使用
    • 五、使用 node.js 实现简易聊天室

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:

  1. 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。

  2. 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。

  3. 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/

深入理解WebSocket,让你入门音视频_第1张图片

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。

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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);

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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>
        
        <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:

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