Lernen Sie in zehn Minuten schnell etwas über Websockets! !

Was ist WebSocket?

Definition

Websocket ist ein persistentes Netzwerkkommunikationsprotokoll, das Vollduplex-Kommunikation auf einer einzelnen TCP-Verbindung ohne Request und Response haben völlig den gleichen Status. Sobald die Verbindung hergestellt ist, kann eine bidirektionale Datenübertragung zwischen dem Client und dem Server in Echtzeit durchgeführt werden全双工通讯，没有了Request和Response的概念，两者地位完全平等，连接一旦建立，客户端和服务端之间实时可以进行双向数据传输

关联和区别

• HTTP

1. HTTP是非持久的协议，客户端想知道服务端的处理进度只能通过不停地使用 Ajax进行轮询或者采用 long poll 的方式来，但是前者对服务器压力大，后者则会因为一直等待Response造成阻塞
2. 虽然http1.1默认开启了keep-alive长连接保持了这个TCP通道使得在一个HTTP连接中，可以发送多个Request，接收多个Response，但是一个request只能有一个response。而且这个response也是被动的，不能主动发起。
3. websocket虽然是独立于HTTP的一种协议，但是websocket必须依赖 HTTP 协议进行一次握手(在握手阶段是一样的)，握手成功后，数据就直接从 TCP通道传输，与 HTTP 无关了，可以用一张图理解两者有交集，但是并不是全部。

• socket

1. socket也被称为套接字，与HTTP和WebSocket不一样，socket不是协议，它是在程序层面上对传输层协议（可以主要理解为TCP/IP）的接口封装。可以理解为一个能够提供端对端的通信的调用接口（API）
2. 对于程序员而言，其需要在 A 端创建一个 socket 实例，并为这个实例提供其所要连接的 B 端的 IP 地址和端口号，而在 B 端创建另一个 socket 实例，并且绑定本地端口号来进行监听。当 A 和 B 建立连接后，双方就建立了一个端对端的 TCP 连接，从而可以进行双向通信。WebSocekt借鉴了 socket 的思想，为 client 和 server 之间提供了类似的双向通信机制

应用场景

WebSocket可以做弹幕、消息订阅、多玩家游戏、协同编辑、股票基金实时报价、视频会议、在线教育、聊天室等应用实时监听服务端变化

Websocket握手

• Websocket握手请求报文：

GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: x3JJHMbDL1EzLkh9GBhXDw==
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
Sec-WebSocket-Version: 13
Origin: http://example.com

下面是与传统 HTTP 报文不同的地方：

Upgrade: websocket
Connection: Upgrade

表示发起的是 WebSocket 协议

Sec-WebSocket-Key: x3JJHMbDL1EzLkh9GBhXDw==
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
Sec-WebSocket-Version: 13

Sec-WebSocket-Key 是由浏览器随机生成的，验证是否可以进行Websocket通信，防止恶意或者无意的连接。

Sec_WebSocket-Protocol 是用户自定义的字符串，用来标识服务所需要的协议

Sec-WebSocket-Version 表示支持的 WebSocket 版本。

• 服务器响应：

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: HSmrc0sMlYUkAGmm5OPpG2HaGWk=
Sec-WebSocket-Protocol: chat

101 响应码 表示要转换协议。

Connection: Upgrade 表示升级新协议请求。

Upgrade: websocket 表示升级为 WebSocket 协议。

Sec-WebSocket-Accept 是经过服务器确认，并且加密过后的 Sec-WebSocket-Key。用来证明客户端和服务器之间能进行通信了。

Sec-WebSocket-Protocol 表示最终使用的协议。

至此，客户端和服务器握手成功建立了Websocket连接，HTTP已经完成它所有工作了，接下来就是完全按照Websocket协议进行通信了。

关于Websocket

WebSocket心跳

可能会有一些未知情况导致SOCKET断开，而客户端和服务端却不知道，需要客户端定时发送一个心跳 Ping 让服务端知道自己在线，而服务端也要回复一个心跳 Pong告诉客户端自己可用，否则视为断开

WebSocket状态

WebSocket 对象中的readyState属性有四种状态：

• 0: 表示正在连接
• 1: 表示连接成功，可以通信了
• 2: 表示连接正在关闭
• 3: 表示连接已经关闭，或者打开连接失败

WebSocket实践

服务端接收发送消息

WebSocket的服务端部分，本文会以Node.js搭建

安装express和负责处理WebSocket协议的ws

Assoziation und Differenz

• HTTP

1. HTTP ist ein nicht persistentes Protokoll. Der Client möchte den Verarbeitungsfortschritt des Servers nur durch die ständige Verwendung von Ajaxerfahren > Abfragen oder Verwenden von long poll, aber ersteres übt großen Druck auf den Server aus und letzteres führt zu Blockierungen, da auf die Antwort
2. Obwohl http1.1 keep-alive hat Standardmäßig aktiviert. Die Verbindung verwaltet diesen TCP-Kanal, sodass in einer HTTP-Verbindung mehrere Anfragen gesendet und mehrere Antworten empfangen werden können, eine Anfrage jedoch nur eine Antwort haben kann. Darüber hinaus ist diese Reaktion ebenfalls passiv und kann nicht aktiv initiiert werden.
3. Obwohl Websocket ein von HTTP unabhängiges Protokoll ist, muss sich Websocket auf das HTTP-Protokoll verlassen, um einen Handshake durchzuführen (dasselbe gilt für die Handshake-Phase). Die direkte Übertragung von Daten über den TCP-Kanal hat nichts mit HTTP zu tun. Sie können ein Bild verwenden, um die Schnittmenge zwischen beiden zu verstehen, aber nicht alle.

• Socket li>

1. Socket wird auch socket genannt. Im Gegensatz zu HTTP und WebSocket handelt es sich bei Socket nicht um eine Implementierung des Transportschichtprotokolls auf Programmebene kann hauptsächlich als Schnittstellenkapselung von TCP/IP verstanden werden. Es kann als Aufrufschnittstelle (API) verstanden werden, die eine End-to-End-Kommunikation ermöglichen kann
2. Für Programmierer müssen sie eine Socket-Instanz auf der A-Seite erstellen und diese Instanz auf der B-Seite bereitstellen die IP-Adresse und Portnummer verbinden, eine weitere Socket-Instanz auf der B-Seite erstellen und die lokale Portnummer zum Abhören binden. Wenn A und B eine Verbindung herstellen, stellen die beiden Parteien eine End-to-End-TCP-Verbindung her, die eine bidirektionale Kommunikation ermöglicht. WebSocket basiert auf der Idee von Sockets und bietet einen ähnlichen bidirektionalen Kommunikationsmechanismus zwischen Client und Server

Anwendungsszenarien

WebSocket kann für Barrage, Nachrichtenabonnement und Mehrspielermodus verwendet werden Spiele, gemeinsame Bearbeitung und Aktien Echtzeit-Fondskurse, Videokonferenzen, Online-Bildung, Chatrooms und andere Anwendungen überwachen Serveränderungen in Echtzeit

Websocket-Handshake

• Websocket-Handshake-Anforderungsnachricht:

npm install express ws

Das Folgende ist dasselbe wie bei herkömmlichen HTTP-Nachrichten:

//引入express 和 ws
const express = require('express');
const SocketServer = require('ws').Server;
//指定开启的端口号
const PORT = 3000;
// 创建express，绑定监听3000端口，且设定开启后在consol中提示
const server = express().listen(PORT, () => console.log(`Listening on ${PORT}`));
// 将express交给SocketServer开启WebSocket的服务
const wss = new SocketServer({ server });
//当 WebSocket 从外部连接时执行
wss.on('connection', (ws) => {
  //连接时执行此 console 提示
  console.log('Client connected');
  // 对message设置监听，接收从客户端发送的消息
  ws.on('message', (data) => {
    //data为客户端发送的消息，将消息原封不动返回回去
    ws.send(data);
  });
  // 当WebSocket的连接关闭时执行
  ws.on('close', () => {
    console.log('Close connected');
  });
});

zeigt an, dass das WebSocket-Protokoll initiiert wird.

<html>
  <body>
    <script src="./index.js"></script>
  </body>
</html>

Sec-WebSocket-Key wird zufällig von generiert Browser, um zu überprüfen, ob Websocket-Kommunikation durchgeführt werden kann, um böswillige oder unbeabsichtigte Verbindungen zu verhindern. 🎜🎜Sec_WebSocket-Protocol ist eine benutzerdefinierte Zeichenfolge, die zur Identifizierung des vom Dienst benötigten Protokolls verwendet wird. 🎜🎜Sec-WebSocket-Version gibt die unterstützte WebSocket-Version an. 🎜

• Server-Antwort:

// 使用WebSocket的地址向服务端开启连接
let ws = new WebSocket('ws://localhost:3000');
// 开启后的动作，指定在连接后执行的事件
ws.onopen = () => {
  console.log('open connection');
};
// 接收服务端发送的消息
ws.onmessage = (event) => {
  console.log(event);
};
// 指定在关闭后执行的事件
ws.onclose = () => {
  console.log('close connection');
};

🎜101-Antwortcode gibt an, dass das Protokoll konvertiert werden soll. 🎜🎜Verbindung: Upgrade Stellt eine Anfrage zum Upgrade eines neuen Protokolls dar. 🎜🎜Upgrade: WebSocket bedeutet ein Upgrade auf das WebSocket-Protokoll. 🎜🎜Sec-WebSocket-Accept ist der Sec-WebSocket-Key, der vom Server bestätigt und verschlüsselt wurde. Wird verwendet, um zu beweisen, dass eine Kommunikation zwischen dem Client und dem Server stattfinden kann. 🎜🎜Sec-WebSocket-Protocol gibt das endgültige verwendete Protokoll an. 🎜🎜Zu diesem Zeitpunkt haben Client und Server erfolgreich eine Websocket-Verbindung per Handshake hergestellt, HTTP hat seine gesamte Arbeit abgeschlossen und der nächste Schritt besteht darin, vollständig gemäß dem Websocket-Protokoll zu kommunizieren. Über Websocket Teilen Sie dem Server mit, dass Sie online sind, und der Server muss außerdem mit einem Heartbeat Pong antworten, um dem Client mitzuteilen, dass er verfügbar ist. Andernfalls wird er als getrennt betrachtet Das Attribut im WebSocket-Objekt hat vier Zustände:🎜

• 0: Zeigt an, dass die Verbindung hergestellt wird
• 1: Zeigt an, dass die Verbindung erfolgreich ist und die Kommunikation möglich ist
• 2: Zeigt an, dass die Verbindung geschlossen wird.
• 3: Zeigt an, dass die Verbindung hergestellt wurde. Die Verbindung konnte nicht geschlossen oder geöffnet werden.

🎜WebSocket-Praxis🎜🎜Der Server empfängt und sendet Nachrichten🎜🎜Der Serverteil von WebSocket, dieser Artikel wird mit Node.js erstellt🎜🎜Installieren Sie express und ws, die für die Verarbeitung des WebSocket-Protokolls verantwortlich sind: 🎜

//当WebSocket从外部连接时执行
wss.on('connection', (ws) => {
  //连接时执行此 console 提示
  console.log('Client connected');
+  //固定发送最新消息给客户端
+  const sendNowTime = setInterval(() => {
+    ws.send(String(new Date()));
+  }, 1000);
-  //对message设置监听，接收从客户端发送的消息
-  ws.on('message', (data) => {
-    //data为客户端发送的消息，将消息原封不动返回回去
-    ws.send(data);
-  });
  //当 WebSocket的连接关闭时执行
  ws.on('close', () => {
    console.log('Close connected');
  });
});

🎜Paket .json nach erfolgreicher Installation:🎜🎜Dann erstellen Sie die Datei server.js im Stammverzeichnis:🎜

...
//当WebSocket从外部连接时执行
wss.on('connection', (ws) => {
  //连接时执行此 console 提示
  console.log('Client connected');
-  //固定发送最新消息给客户端
-  const sendNowTime = setInterval(() => {
-    ws.send(String(new Date()));
- }, 1000);
+  //对message设置监听，接收从客户端发送的消息
+   ws.on('message', (data) => {
+    //取得所有连接中的 客户端
+    let clients = wss.clients;
+    //循环，发送消息至每个客户端
+    clients.forEach((client) => {
+      client.send(data);
+    });
+   });
  //当WebSocket的连接关闭时执行
  ws.on('close', () => {
    console.log('Close connected');
  });
});

🎜Führen Sie den Knoten server.js aus, um den Dienst zu starten. Port Nach dem Öffnen wird eine Druckaufforderung zur Abhörzeit ausgeführt, die angibt, dass der Dienst ausgeführt wird wurde erfolgreich gestartet🎜🎜Nach dem Öffnen von WebSocket hört der Server die Nachricht ab, empfängt die Parameterdaten, um die vom Client gesendete Nachricht zu erfassen, und verwendet dann Senden, um die Nachricht zu senden🎜🎜Der Client empfängt und sendet die Nachricht 🎜🎜Erstellen index.html- und index.js-Dateien jeweils im Stammverzeichnis🎜

• index.html

<html>
  <body>
    <script src="./index.js"></script>
  </body>
</html>

• index.js

// 使用WebSocket的地址向服务端开启连接
let ws = new WebSocket('ws://localhost:3000');
// 开启后的动作，指定在连接后执行的事件
ws.onopen = () => {
  console.log('open connection');
};
// 接收服务端发送的消息
ws.onmessage = (event) => {
  console.log(event);
};
// 指定在关闭后执行的事件
ws.onclose = () => {
  console.log('close connection');
};

上面的url就是本机node开启的服务地址，分别指定连接（onopen），关闭（onclose）和消息接收（onmessage）的执行事件，访问html，打印ws信息

打印了open connection说明连接成功，客户端会使用onmessage处理接收

其中event参数包含这次沟通的详细信息，从服务端回传的消息会在event的data属性中。

手动在控制台调用send发送消息，打印event回传信息:

服务端定时发送

上面是从客户端发送消息，服务端回传。我们也可以通过setInterval让服务端在固定时间发送消息给客户端:

server.js修改如下:

//当WebSocket从外部连接时执行
wss.on('connection', (ws) => {
  //连接时执行此 console 提示
  console.log('Client connected');
+  //固定发送最新消息给客户端
+  const sendNowTime = setInterval(() => {
+    ws.send(String(new Date()));
+  }, 1000);
-  //对message设置监听，接收从客户端发送的消息
-  ws.on('message', (data) => {
-    //data为客户端发送的消息，将消息原封不动返回回去
-    ws.send(data);
-  });
  //当 WebSocket的连接关闭时执行
  ws.on('close', () => {
    console.log('Close connected');
  });
});

客户端连接后就会定时接收，直至我们关闭websocket服务

多人聊天

如果多个客户端连接按照上面的方式只会返回各自发送的消息，先注释服务端定时发送，开启两个窗口模拟：

如果我们要让客户端间消息共享，也同时接收到服务端回传的消息呢？

我们可以使用clients找出当前所有连接中的客户端 ，并通过回传消息发送到每一个客户端 中：

修改server.js如下:

...
//当WebSocket从外部连接时执行
wss.on('connection', (ws) => {
  //连接时执行此 console 提示
  console.log('Client connected');
-  //固定发送最新消息给客户端
-  const sendNowTime = setInterval(() => {
-    ws.send(String(new Date()));
- }, 1000);
+  //对message设置监听，接收从客户端发送的消息
+   ws.on('message', (data) => {
+    //取得所有连接中的 客户端
+    let clients = wss.clients;
+    //循环，发送消息至每个客户端
+    clients.forEach((client) => {
+      client.send(data);
+    });
+   });
  //当WebSocket的连接关闭时执行
  ws.on('close', () => {
    console.log('Close connected');
  });
});

这样一来，不论在哪个客户端发送消息，服务端都能将消息回传到每个客户端 ： 可以观察下连接信息:

总结 

纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行，希望大家可以把理论配合上面的实例进行消化，搭好服务端也可以直接使用测试工具好好玩耍一波

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