如何使用websocket
之前看到过一个面试题：吃饭点餐的小程序里，同一桌的用户点餐菜单如何做到的实时同步？
答案就是：使用websocket使数据变动时服务端实时推送消息给其他用户。
最近在我们自己的项目中我也遇到了类似问题：后端需要调用第三方接口然后异步得到结果，前端却不知道具体的回调时间，只能反复轮询，后来找了找资料，想要达到服务端主动推送消息，也许需要使用websocket。
参考：
websocket 学习–简单使用，nodejs搭建websocket服务器
一文吃透 WebSocket
比第一个文章更加深入地实现：NodeJS 落地 WebSocket 实践
主参考（必看）
学习前的疑惑：
- 服务端广播消息时如何具体推送到相关用户？
- 代码书写中针对websocket的网络协议有没有什么不安全的行为，如何避免传输中信息泄露。
- 长连接涉及的断联和重传行为如何解决
1、什么是websocket
webSocket是一种网络应用层协议，它是基于TCP连接上进行全双工通信的协议，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，也就是说可以达到服务端主动向客户端推送数据的效果。
WebSocket连接的过程是：
websocket首先通过HTTP协议把TCP连接好，然后通过Upgrade字段进行协议转化，收到服务器的101 Switching Protocols应答后，后续的TCP消息就通过websocket协议解析。
首先，WebSocket需要一个握手过程，在这里它利用了HTTP本身协议升级的特性。经过3次握手后，服务器和客户端建立起TCP连接，然后一方发起一个http get请求，请求头里存放WebSocket支持的版本号等信息，如：Upgrade、Connection、WebSocket-Version等；
- “Connection: Upgrade”，表示要求协议“升级”；
- “Upgrade: websocket”，表示要“升级”成 WebSocket 协议。
- Sec-WebSocket-Key：一个 Base64 编码的 16 字节随机数，作为简单的认证密钥；
- Sec-WebSocket-Version：协议的版本号，当前必须是 13。
然后，服务器收到客户端的握手请求后，就不会走普通的 HTTP 处理流程，而是构造一个特殊的“101 Switching Protocols”响应报文，通知客户端，接下来就不用 HTTP 了，全改用 WebSocket 协议通信。；- Sec-WebSocket-Accept：响应报文响应头，具体是把请求头里Sec-WebSocket-Key的值+某一个UUID，计算一番传给客户端，然后客户端验证后连接成功。
最后，客户端收到连接成功的消息后，开始借助于TCP传输信道进行全双工通信。
2、简单的demo
服务器采用epress+ws简单构建。 然后node express-server.js启动。
// express-server.js
var WebSocketServer = require('ws').Server;
wss = new WebSocketServer({ port: 9999 });
wss.on('connection', function (ws) {
console.log('client connected');
ws.on('message', function (message) {
console.log(message);
ws.send('服务端接收到请求后，发送给客户端的数据' + message);
});
ws.on('close', () => {
console.log('close');
});
});
服务端使用react脚手架直接启一个，页面上将这个封装好的测试连接组件显示出来。
import { useRef, useState } from 'react';
import { Button } from 'antd';
export default function Index() {
const ws = useRef(null);
const startWs = () => {
if ('WebSocket' in window) {
// 初始化一个 WebSocket 对象，参数指明url
ws.current = new WebSocket('ws://localhost:9999');
// WebSocket 连接时候触发
ws.current.onopen = () => {
// 使用 send() 方法发送数据
ws.current.send('客户端发送的数据');
console.log('数据发送中...');
};
/**
* 接收服务端数据时触发
* @param {[{type:string,number:number}]} evt.data
* @param {string} evt.data.type a :a+1,b:b+1
* @param {number} evt.data.number
*/
ws.current.onmessage = (evt) => {
let received_msg = evt.data;
console.log('数据已接收...', received_msg);
};
// 断开 web socket 连接成功触发事件
ws.current.onclose = () => {
// 关闭 websocket
console.log('连接已关闭...');
};
} else {
// 浏览器不支持 WebSocket
console.log('您的浏览器不支持 WebSocket!');
}
};
return (
<>
<Button onClick={startWs}>测试WS连接</Button>
<div>
{Object.keys(data).map((key) => (
<h2>
{key} : {data[key]}
<br />
</h2>
))}
</div>
</>
);
}
是的，就上面两个代码，就能测试一个最简单的ws连接是什么样的。
打开浏览器的控制台 network也可以看到ws的传输报文。可以看到httpCode：101，而requestHeaders里包含几个升级到websocket的请求头，后续我们就可以利用这些特性进行连接的鉴权。
request
Sec-WebSocket-Key: 是随机的字符串，用于后续校验。
Origin: 请求源
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade\response
Sec-WebSocket-Accept: 用匹配寻找客户端连接的值，计算公式为toBase64(sha1( Sec-WebSocket-Key + 258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11 ) )
这里的258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11 为魔术字符串，为常量。
若计算不正确，或者没有返回该字段，则websocket连接不能建立成功。
3、连接的鉴权和安全行为
首先https的连接必须采用wss的连接方式（防止中间人）。
websocket本身是不支持http封装好的cookie 、headers等信息传递方式的，但是它在升级协议的那个请求还是http协议，因此我们可以手动实现一个类似cookie鉴权。
数据传输时的鉴权采取了基于信道建立时鉴权的方案，用户第一次认证后，回传给客户端一个类似token的令牌，用户在每一次使用websocket进行数据传输时，则需要回传这个token到服务端进行验证。
// 参考https://www.npmjs.com/package/ws
import { createServer } from 'http';
import { WebSocketServer } from 'ws';
const server = createServer();
const wss = new WebSocketServer({ noServer: true });
wss.on('connection', function connection(ws, request, client) {
ws.on('message', function message(data) {
console.log(`Received message ${data} from user ${client}`);
});
});
server.on('upgrade', function upgrade(request, socket, head) {
// This function is not defined on purpose. Implement it with your own logic.
authenticate(request, function next(err, client) {
if (err || !client) {
socket.write('HTTP/1.1 401 Unauthorized\r\n\r\n');
socket.destroy();
return;
}
wss.handleUpgrade(request, socket, head, function done(ws) {
wss.emit('connection', ws, request, client);
});
});
});
server.listen(8080);
4、开发过程中需要注意的心跳检测、断线重连机制。
长时间的保持连接是比较浪费网络资源的，因此对于很久没有响应的通道最好进行一个心跳检测，间隔一定时间发送一个心跳包，保持通道连接。
服务端发送心跳包可以直接使用封装好的方法：ws.ping('', false, true);
客服端这边发送心跳包需要自己定义一个定时器，假设保活时间为10分钟一次，收不到服务器返回的回应包就把连接挂了，其他的情况保持通道。
function heartCheck (ws) {
const timeout = 10*60*1000; // 间隔10分钟发送一次。
const serverTimeout = 5000; // 5秒内若还没有响应则关闭连接。
let timer = null; // 心跳包的发送定时器。
let serverTimer = null; // 服务器端响应定时器时间。
// OnMessage接收消息则清除定时器。
const resetServerTimer = () => {
clearTimeout(resetTimer);
};
// 删除全部定时器(正常关闭链接或者没有收到心跳包)
const resetTimer = () => {
clearTimeout(timer);
clearTimeout(serverTimer);
ws.close();
};
const start = () => {
timer = setTimeout(()=>{
//这里发送一个心跳，后端收到后，返回一个心跳消息，
//onmessage拿到返回的心跳就说明连接正常
ws.send("ping");
serverTimer = (() => {
resetTimer();
},serverTimeout)
},timeout)
};
return {resetServerTimer,resetTimer,start};
}
5、多个服务端的测试demo，如何推送消息到具体用户
// 服务端代码
var WebSocketServer = require('ws').Server;
const { createServer } = require('http');
wss = new WebSocketServer({ noServer:true });
const server = createServer();
// 鉴权行为函数
const checkAuth = () => new Promise((res,rej)=>{
res(true)
})
let obj = {a:1,b:2}
let timer = null;
// 定时器定时更新数据
function setImmediateFun (){
timer = setImmediate(() => {
obj = {a:obj.a+1,b:obj.b+1};
},3000)
}
setImmediateFun();
wss.on('connection', async function (ws,req,client) {
// 检测协议升级时的鉴权
// 因为无法修改返回状态码以及返回token故采用ws.on("upgrade",(ws, req) => void)
// if (headers['upgrade'] && headers['sec-websocket-key']) {
// // 请求用户服务身份验证
// const authorized = await checkAuth(headers.authToken);
// if(authorized){
// // 升级成功，生成一个token给客户端，状态码为101
// }else{
// // 连接失败，返回403
// }
// }
// open发送第一条消息
ws.on('open', function (ws) {
console.log("connect successfully");
ws.send(JOSN.stringify(obj));
});
// 响应那边传来的数据，更新新数据
ws.on('message', function (message) {
ws.send(JSON.stringify(obj));
wss.clients.forEach((client) => {
// console.log(client)
if (client.readyState === 1) {
client.send(JSON.stringify(obj));
}
});
});
// 关闭连接
ws.on('close', () => {
console.log('close');
clearInterval(timer)
});
});
server.on('upgrade', async function upgrade(request, socket, head) {
if (await checkAuth(request.headers.authToken)) {
// 升级成功，生成一个token给客户端，状态码为101
wss.handleUpgrade(request, socket, head, function done(ws) {
wss.emit('connection', ws, request);
});
}else{
// 连接失败，返回403
socket.write('HTTP/1.1 403 Unauthorized\r\n\r\n');
socket.destroy();
return;
}
});
server.listen(9999);
// 客户端代码
import { useRef, useState } from 'react';
import { Button } from 'antd';
export default function Index() {
const ws_current = useRef(null);
let ws = ws_current.current;
const [data, setData] = useState({ a: 0, b: 0 });
const startWs = () => {
if ('WebSocket' in window) {
// 初始化一个 WebSocket 对象，参数指明url
ws = new WebSocket('ws://localhost:9999');
// WebSocket 连接时候触发
ws.onopen = () => {
console.log('连接成功');
};
/**
* 接收服务端数据时触发
* @param {[{type:string,number:number}]} evt.data
* @param {string} evt.data.type a :a+1,b:b+1
* @param {number} evt.data.number
*/
ws.onmessage = (evt) => {
let received_msg = evt.data;
received_msg = JSON.parse(received_msg);
console.log(received_msg)
setData(received_msg);
console.log('数据已接收...', received_msg);
};
// 断开 web socket 连接成功触发事件
ws.onclose = () => {
// 关闭 websocket
console.log('连接已关闭...');
};
} else {
// 浏览器不支持 WebSocket
console.log('您的浏览器不支持 WebSocket!');
}
};
const sendMessage = () => {
ws?.send('send message')
}
return (
<>
<Button onClick={startWs}>测试WS连接</Button>
<Button onClick={sendMessage}>连接成功后发送信号获得响应数据</Button>
<div>
{Object.keys(data).map((key) => (
<h2>
{key} : {data[key]}
<br />
</h2>
))}
</div>
</>
);
}
