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简介
在本次课程中，我们来学习使用WebSocket来打造一个实时聊天系统。我们会从一下几个方面来进行学习：
- 什么是websocket；
- Websocket与传统的HTTP协议有什么区别；
- Websocket有哪些优点；
- 如何建立连接；
- 如何维持连接；
- Golang实战项目—实时聊天系统；
- 总结；
什么是websocket？
WebSocket协议是基于TCP的一种新的网络协议。它实现了浏览器与服务器全双工(full-duplex)通信——允许服务器主动发送信息给客户端。
WebSocket通信协议于2011年被IETF定为标准RFC 6455，并被RFC7936所补充规范。
WebSocket协议支持（在受控环境中运行不受信任的代码的）客户端与（选择加入该代码的通信的）远程主机之间进行全双工通信。用于此的安全模型是Web浏览器常用的基于原始的安全模式。 协议包括一个开放的握手以及随后的TCP层上的消息帧。 该技术的目标是为基于浏览器的、需要和服务器进行双向通信的（服务器不能依赖于打开多个HTTP连接（例如，使用XMLHttpRequest或iframe和长轮询））应用程序提供一种通信机制。
Websocket与传统的HTTP协议有什么区别?
http，websocket都是应用层协议，他们规定的是数据怎么封装，而他们传输的通道是下层提供的。就是说无论是 http 请求，还是 WebSocket 请求，他们用的连接都是传输层提供的，即 tcp 连接（传输层还有 udp 连接）。只是说 http1.0 协议规定，你一个请求获得一个响应后，你要把连接关掉。所以你用 http 协议发送的请求是无法做到一直连着的（如果服务器一直不返回也可以保持相当一段时间，但是也会有超时而被断掉）。而 WebSocket 协议规定说等握手完成后我们的连接不能断哈。虽然 WebSocket 握手用的是 http 请求，但是请求头和响应头里面都有特殊字段，当浏览器或者服务端收到后会做相应的协议转换。所以 http 请求被 hold 住不返回的长连接和 WebSocket 的连接是有本质区别的。
WebSocket有哪些优点？
说到优点，这里的对比参照物是HTTP协议，概括地说就是：支持双向通信，更灵活，更高效，可扩展性更好。
- 支持双向通信，实时性更强。
- 更好的二进制支持。
- 较少的控制开销。连接创建后，ws客户端、服务端进行数据交换时，协议控制的数据包头部较小。在不包含头部的情况下，服务端到客户端的包头只有2~10字节（取决于数据包长度），客户端到服务端的的话，需要加上额外的4字节的掩码。而HTTP协议每次通信都需要携带完整的头部。
- 支持扩展。ws协议定义了扩展，用户可以扩展协议，或者实现自定义的子协议。（比如支持自定义压缩算法等）
对于后面两点，没有研究过WebSocket协议规范的同学可能理解起来不够直观，但不影响对WebSocket
如何建立连接？
客户端通过HTTP请求与WebSocket服务端协商升级协议。协议升级完成后，后续的数据交换则遵照WebSocket的协议。
1. 客户端：申请协议升级
首先，客户端发起协议升级请求。可以看到，采用的是标准的HTTP报文格式，且只支持GET方法。
GET / HTTP/1.1
Host: localhost:8080
Origin:
Connection: Upgrade
Upgrade: websocket
Sec-WebSocket-Version: 13
Sec-WebSocket-Key: w4v7O6xFTi36lq3RNcgctw== 重点请求首部意义如下：
- Connection: Upgrade：表示要升级协议
- Upgrade: websocket：表示要升级到websocket协议。
- Sec-WebSocket-Version: 13：表示websocket的版本。如果服务端不支持该版本，需要返回一个Sec-WebSocket-Versionheader，里面包含服务端支持的版本号。
- Sec-WebSocket-Key：与后面服务端响应首部的Sec-WebSocket-Accept是配套的，提供基本的防护，比如恶意的连接，或者无意的连接。
2. 服务器：响应协议升级
服务端返回内容如下，状态代码101表示协议切换。到此完成协议升级，后续的数据交互都按照新的协议来。
HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Connection:Upgrade
Upgrade: websocket
Sec-WebSocket-Accept: Oy4NRAQ13jhfONC7bP8dTKb4PTU= 3. Sec-WebSocket-Accept的计算
Sec-WebSocket-Accept根据客户端请求首部的Sec-WebSocket-Key计算出来。
计算公式为：
- 将Sec-WebSocket-Key跟258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11拼接。
- 通过SHA1计算出摘要，并转成base64字符串。
如何维持连接?
WebSocket为了保持客户端、服务端的实时双向通信，需要确保客户端、服务端之间的TCP通道保持连接没有断开。然而，对于长时间没有数据往来的连接，如果依旧长时间保持着，可能会浪费包括的连接资源。
但不排除有些场景，客户端、服务端虽然长时间没有数据往来，但仍需要保持连接。这个时候，可以采用心跳来实现。
- 发送方->接收方： ping
- 接收方->发送方：pong
ping、pong的操作，对应的是WebSocket的两个控制帧，opcode分别是0x9、0xA。
举例，WebSocket服务端向客户端发送ping，只需要如下代码（采用ws模块）
Golang实战项目—实时聊天系统
这里是使用 Github 上的一个开源项目作为案例。
获取Golang的websocket库
go get github.com/gorilla/websocket 获取测试程序
git clone Server
package main
import (
"log"
"net/http"
"github.com/gorilla/websocket"
)
var clients = make(map[*websocket.Conn]bool) // connected clients
var broadcast = make(chan message ) // broadcast channel
// Configure the upgrader
var upgrader = websocket.Upgrader{
CheckOrigin: func(r *http.Request) bool {
return true
},
}
// Define our message object
type Message struct {
Email string ` json :"email"`
Username string `json:"username"`
Message string `json:"message"`
}
func main() {
// Create a simple file server
fs := http.FileServer(http.Dir("../public"))
http.Handle("/", fs)
// Configure websocket route
http.HandleFunc("/ws", handleConnections)
// Start listening for incoming chat messages
go handleMessages()
// Start the server on localhost port 8000 and log any errors
log.Println("http server started on :8000")
err := http.ListenAndServe(":8000", nil)
if err != nil {
log.Fatal("ListenAndServe: ", err)
}
}
func handleConnections(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
// Upgrade initial GET request to a websocket
ws, err := upgrader.Upgrade(w, r, nil)
if err != nil {
log.Fatal(err)
}
// Make sure we Close the connection when the function returns
defer ws.Close()
// Register our new client
clients[ws] = true
for {
var msg Message
// Read in a new message as JSON and map it to a Message object
err := ws.ReadJSON(&msg)
if err != nil {
log.Printf("error: %v", err)
delete(clients, ws)
break
}
// Send the newly received message to the broadcast channel
broadcast <- msg
}
}
func handleMessages() {
for {
// Grab the next message from the broadcast channel
msg := <-broadcast
// Send it out to every client that is currently connected
for client := range clients {
err := client.WriteJSON(msg)
if err != nil {
log.Printf("error: %v", err)
client.Close()
delete(clients, client)
}
}
}
} 客户端
new Vue({
el: '#app',
data: {
ws: null, // Our websocket
newMsg: '', // Holds new messages to be sent to the server
chatContent: '', // A running list of chat messages displayed on the screen
email: null, // Email address used for grabbing an avatar
username: null, // Our username
joined: false // True if email and username have been filled in
},
created: function() {
var self = this;
this.ws = new WebSocket('ws://' + window.location.host + '/ws');
this.ws.addEventListener('message', function(e) {
var msg = JSON.parse(e.data);
self.chatContent += '<div class="chip">'
+ '<img src="'%20+%20self.gravatarURL(msg.email)%20+%20'">' // Avatar
+ msg.username
+ '</div>'
+ emojione.toImage(msg.message) + '<br/>'; // Parse emojis
var element = document.getElementById('chat-messages');
element.scrollTop = element.scrollHeight; // Auto scroll to the bottom
});
},
methods: {
send: function () {
if (this.newMsg != '') {
this.ws.send(
JSON.stringify({
email: this.email,
username: this.username,
message: $('<p>'). html (this.newMsg).text() // Strip out html
}
));
this.newMsg = ''; // Reset newMsg
}
},
join: function () {
if (!this.email) {
Materialize.toast('You must enter an email', 2000);
return
}
if (!this.username) {
Materialize.toast('You must choose a username', 2000);
return
}
this.email = $('<p>').html(this.email).text();
this.username = $('<p>').html(this.username).text();
this.joined = true;
},
gravatarURL: function(email) {
return '#39; + CryptoJS.MD5(email);
}
}
}); 总结
具体使用什么技术是需要根据使用场景进行选择的，在这里我为大家总结了http和websocket不同的使用场景，请大家参考。
HTTP :
- 检索资源（Retrieve Resource）
- 高度可缓存的资源（Highly Cacheable Resource）
- 幂等性和安全性（Idempotency and Safety）
- 错误方案（Error Scenarios）
websockt
- 快速响应时间（Fast Reaction Time）
- 持续更新（Ongoing Updates）
- Ad-hoc消息传递（Ad-hoc Messaging）
错误的HTTP应用场景
- 依赖于客户端轮询服务，而不是由用户主动发起。
- 需要频繁的服务调用来发送小消息。
- 客户端需要快速响应对资源的更改，并且，无法预测更改何时发生。
错误的WebSockets应用场景
- 连接仅用于极少数事件或非常短的时间，客户端无需快速响应事件。
- 需要一次打开多个WebSockets到同一服务。
- 打开WebSocket，发送消息，然后关闭它 – 然后再重复该过程。
- 消息传递层中重新实现请求/响应模式。
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