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WebSocket的簡單介紹及應用

定時刷新的不足與改進

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web開發(fā)中可能遇到這樣的場景：網(wǎng)頁里的某一塊區(qū)域里寫了一些內(nèi)容，但這些內(nèi)容不是固定的，即使看網(wǎng)頁的人沒有做任何操作，它們也會隨時間不斷變化。股票行情、活動或游戲的榜單都是比較常見的例子。

對此，一般的做法是用setTimeout()或setInverval()定時執(zhí)行任務，任務內(nèi)容是Ajax訪問一次服務器，并在成功拿到返回數(shù)據(jù)后去更新頁面。

這種定時刷新的做法會有這樣一些感覺不足的地方：

  • 頻繁的定時網(wǎng)絡請求對瀏覽器（客戶端）和服務器來說都是一種負擔，尤其是當網(wǎng)頁里有多個定時刷新區(qū)域的時候。
  • 某幾次的定時任務可能是不必要的，因為服務器可能并沒有新數(shù)據(jù)，還是返回了和上一次一樣的內(nèi)容。
  • 頁面內(nèi)容可能不夠新，因為服務器可能剛更新了數(shù)據(jù)，但下一輪定時任務還沒有開始。

造成這些不足的原因歸結起來，主要還是由于服務器的響應總是被動的。HTTP協(xié)議限制了一次通信總是由客戶端發(fā)起請求，再由服務器端來返回響應。

因此，如果讓服務器端也可以主動發(fā)送信息到客戶端，就可以很大程度改進這些不足。WebSocket就是一個實現(xiàn)這種雙向通信的新協(xié)議。

WebSocket是基于HTTP的功能追加協(xié)議

WebSocket最初由html5提出，但現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展為一個獨立的協(xié)議標準。WebSocket可以分為協(xié)議（Protocol）和API兩部分，分別由IETF和W3C制定了標準。

先來看看WebSocket協(xié)議的建立過程。

為了實現(xiàn)WebSocket通信，首先需要客戶端發(fā)起一次普通HTTP請求（也就是說，WebSocket的建立是依賴HTTP的）。請求報文可能像這樣：

GET ws://websocket.example.com/ HTTP/1.1
Host: websocket.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Origin: http://example.com
Sec-WebSocket-Key:pAloKxsGSHtpIHrJdWLvzQ==
Sec-WebSocket-Version:13

其中HTTP頭部字段Upgrade: websocket和Connection: Upgrade很重要，告訴服務器通信協(xié)議將發(fā)生改變，轉(zhuǎn)為WebSocket協(xié)議。支持WebSocket的服務器端在確認以上請求后，應返回狀態(tài)碼為101 Switching Protocols的響應：

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: nRu4KAPUPjjWYrnzxDVeqOxCvlM=

其中字段Sec-WebSocket-Accept是由服務器對前面客戶端發(fā)送的Sec-WebSocket-Key進行確認和加密后的結果，相當于一次驗證，以幫助客戶端確信對方是真實可用的WebSocket服務器。

驗證通過后，這個握手響應就確立了WebSocket連接，此后，服務器端就可以主動發(fā)信息給客戶端了。此時的狀態(tài)比較像服務器端和客戶端接通了電話，無論是誰有什么信息想告訴對方，開口就好了。

一旦建立了WebSocket連接，此后的通信就不再使用HTTP了，改為使用WebSocket獨立的數(shù)據(jù)幀（這個幀有辦法看到，見后文）。

整個過程像這樣：

WebSocket的簡單介紹及應用

簡單的應用示例

應用WebSocket有這樣幾件事要做：

  • 選用支持WebSocket的瀏覽器。
  • 網(wǎng)頁內(nèi)添加創(chuàng)建WebSocket的代碼。
  • 服務器端添加使用WebSocket通信的代碼。

服務器端

以Node的服務器為例，我們使用ws這個組件，這樣搭建一個支持WebSocket的服務器端：

var request = require("request");
var dateFormat = require("dateformat");
var WebSocket = require("ws"),
 WebSocketServer = WebSocket.Server,
 wss = new WebSocketServer({
 port: 8080,
 path: "/guest"
 });

// 收到來自客戶端的連接請求后，開始給客戶端推消息
wss.on("connection", function(ws) {
 ws.on("message", function(message) {
 console.log("received: %s", message);
 });
 sendGuestInfo(ws);
});

function sendGuestInfo(ws) {
 request("http://uinames.com/api?region=china",
 function(error, response, body) {
  if (!error && response.statusCode === 200) {
  var jsonObject = JSON.parse(body),
   guest = jsonObject.name + jsonObject.surname,
   guestInfo = {
   guest: guest,
   time: dateFormat(new Date(), "HH:MM:ss")
   };

  if (ws.readyState === WebSocket.OPEN) {

   // 發(fā)，送
   ws.send(JSON.stringify(guestInfo));

   // 用隨機來“裝”得更像不定時推送一些
   setTimeout(function() {
   sendGuestInfo(ws);
   }, (Math.random() * 5 + 3) * 1000);
  }
  }
 });
}

這個例子使用了姓名生成站點uinames的API服務，來生成{guest: "人名", time: "15:26:01"}這樣的數(shù)據(jù)。函數(shù)sendGuestInfo()會不定時執(zhí)行，并把包含姓名和時間的信息通過send()方法發(fā)送給客戶端。另外，注意send()方法需要以字符串形式來發(fā)送json數(shù)據(jù)。

這就像是服務器自己在做一些事，然后在需要的時候會通知客戶端一些信息。

客戶端

客戶端我們使用原生javascript來完成（僅支持WebSocket的瀏覽器）：

var socket = new WebSocket("ws://localhost:8080/guest");

socket.onopen = function(openEvent) {
 console.log("WebSocket conntected.");
};

socket.onmessage = function(messageEvent) {
 var data = messageEvent.data,
 dataObject = JSON.parse(data);
 console.log("Guest at " + dataObject.time + ": " + dataObject.guest);
};

socket.onerror = function(errorEvent) {
 console.log("WebSocket error: ", errorEvent);
};

socket.onclose = function(closeEvent) {
 console.log("WebSocket closed.");
};

WebSocket的URL格式是ws://與wss://。因此，需要注意下URL地址的寫法，這也包括注意WebSocket服務器端的路徑（如這里的/guest）等信息。因為是本地的示例所以這里是localhost。

客戶端代碼的流程很簡單：創(chuàng)建WebSocket對象，然后指定onopen、onmessage等事件的回調(diào)即可。其中onmessage是客戶端與服務器端通過WebSocket通信的關鍵事件，想要在收到服務器通知后做點什么，寫在onmessage事件的回調(diào)函數(shù)里就好了。

效果及分析

通過node server（假定服務器端的文件名為server.js）啟動WebSocket服務器后，用瀏覽器打開一個引入了前面客戶端代碼的html（直接文件路徑file:///就可以），就可以得到像這樣的結果：

WebSocket的簡單介紹及應用

聯(lián)系前面客戶端的代碼可以想到，實際從創(chuàng)建WebSocket對象的語句開始，連接請求就會發(fā)送，并很快建立起WebSocket連接（不出錯誤的話），此后就可以收到來自服務器端的通知。如果此時客戶端還想再告訴服務器點什么，這樣做：

socket.send("Hello, server!");

服務器就可以收到：

WebSocket的簡單介紹及應用

當然，這也是因為前面服務器端的代碼內(nèi)同樣設置了message事件的回調(diào)。在這個客戶端和服務器都是javascript的例子中，無論是服務器端還是客戶端，都用send()發(fā)送信息，都通過message事件設置回調(diào)，形式上可以說非常一致。

其他可用的數(shù)據(jù)類型

WebSocket的send()可以發(fā)送的消息，除了前面用的字符串類型之外，還有兩種可用，它們是Blob和ArrayBuffer。

它們都代表二進制數(shù)據(jù)，可用于原始文件數(shù)據(jù)的發(fā)送。比如，這是一個發(fā)送Blob類型數(shù)據(jù)以完成向服務器上傳圖片的例子：

var fileEl = document.getElementById("image_upload");
var file = fileEl.files[0];
socket.send(file);

然后服務器端可以這樣把文件保存下來：

var fs = require("fs");

wss.on("connection", function(ws) {
 ws.on("message", function(message) {
 fs.writeFile("upload.png", message, "binary", function(error) {
  if (!error) {
  console.log("File saved.");
  }
 });
 });
});

在客戶端接收二進制數(shù)據(jù)時，需注意WebSocket對象有一個屬性binaryType，初始值為"blob"。因此，如果接收的二進制數(shù)據(jù)是ArrayBuffer，應在接收之前這樣做：

socket.binaryType = "arraybuffer";

其他WebSocket服務器端

其他語言來做WebSocket服務器是怎樣的呢？下面是一個php的WebSocket服務器的例子（使用Ratchet）：

<?php
use Ratchet\ConnectionInterface;
use Ratchet\MessageComponentInterface;

require __DIR__ . '/vendor/autoload.php';

class GuestServer implements MessageComponentInterface {

 public function onOpen(ConnectionInterface $conn) {
 $conn->send('The server is listening to you now.');
 }

 public function onMessage(ConnectionInterface $conn, $msg) {
 $conn->send($this->generateGuestInfo());
 }

 public function onClose(ConnectionInterface $conn) {
 }

 public function onError(ConnectionInterface $conn, \Exception $e) {
 $conn->close();
 }

 private function generateGuestInfo() {
 $jsonString = file_get_contents('http://uinames.com/api?region=china');
 $jsonObject = json_decode($jsonString, true);
 $guest = $jsonObject['name'] . $jsonObject['surname'];
 $guestInfo = array(
  'guest' => $guest,
  'time' => date('H:i:s', time()),
 );

 return json_encode($guestInfo);
 }
}

$app = new Ratchet\App('localhost', 8080);
$app->route('/guest', new GuestServer(), array('*'));
$app->run();
?>

這個例子也同樣是由服務器返回{guest: "人名", time: "15:26:01"}的json數(shù)據(jù)，不過由于php不像Node那樣可以用setTimeout()很容易地實現(xiàn)異步定時任務，這里改為在客戶端發(fā)送一次任意信息后，再去uinames取得信息并返回。

也可以看到，php搭建的WebSocket服務器仍然是近似的，主要通過WebSocket的open、message等事件來實現(xiàn)功能。

在Chrome開發(fā)工具中查看WebSocket數(shù)據(jù)幀

Chrome開發(fā)工具中選擇Network，然后找到WebSocket的那個請求，里面可以選擇Frames。在Frames里看到的，就是WebSocket的數(shù)據(jù)幀了：

WebSocket的簡單介紹及應用

可以看到很像聊天記錄，其中用淺綠色標注的是由客戶端發(fā)送給服務器的部分。

結語

總的來說，把服務器和客戶端拉到了一個聊天窗口來辦事，這確實是很棒的想法。

即使只從形式上說，WebSocket的事件回調(diào)感覺也比定時任務用起來要更親切一些。

以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支持創(chuàng)新互聯(lián)。


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