ホームページ >ウェブフロントエンド >jsチュートリアル >Websocketデータ受信とsending_node.jsを実装するnodejsの簡単な分析
WebSocket は、HTML5 が提供し始めたブラウザとサーバー間の全二重通信のためのネットワーク技術です。 WebSocket API では、ブラウザとサーバーはハンドシェイク アクションを実行するだけで、ブラウザとサーバーの間に高速チャネルが形成されます。データは両者間で直接送信できます。
WebSocket は通信プロトコルであり、サーバーとクライアントに分かれています。サーバーはバックグラウンドに配置され、クライアントとの接続を長時間維持し、両者間の通信タスクを完了します。クライアントは通常、HTML5 をサポートするブラウザのコアに実装され、JavaScript API を提供することで Web ページを使用して WebSocket 接続を確立できます。
この記事を書いたとき: WebSocket インスタント通信を実装するための html5 と nodejs の組み合わせに基づいています 。これは主に nodejs-websocket プラグインを使用し、その後、socket.io を使用していくつかのデモを作成しましたただし、これらはすべて他の人がパッケージ化したプラグインを利用して作成されています。WebSocket はどのように実装されているのでしょうか。最近、Pu Ling 先生の「Node.js の詳細な分析」を読んでいたときに、WebSocket に関するセクションを見て、WebSocket のデータ フレーム定義を読み、nodejs を使用して次のことを行うことを考えました。それを実装します。大変な苦労を経て、無事に達成できました。
クライアント コードについては説明しませんが、WebSocket の API は、onmessage、onopen、onclose、send メソッドを通じて実装できます。
Websocket API は、onmessage、onopen、onclose、および send メソッドを通じてクライアント コードを実装します。詳細には触れません。
主にサーバーコードについて話します:
最初はプロトコルのアップグレードです。これは比較的単純です。新しい Websocket("ws://XXX.com/") がクライアントで実行されると、クライアントはリクエストを開始します。アプリケーションのハンドシェイク メッセージには、Sec-WebSocket-Key という非常に重要なキーが含まれており、このキーを文字列 258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11 に接続します。 sha1 によるセキュア ハッシュ アルゴリズムによって結果が計算された後、base64 でエンコードされ、結果がリクエスト ヘッダーの「Sec-WebSocket-Accept」で返されてハンドシェイクが完了します。詳細についてはコードを参照してください:
server.on('upgrade', function (req, socket, upgradeHead) { var key = req.headers['sec-websocket-key']; key = crypto.createHash("sha1").update(key + "258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11").digest("base64"); var headers = [ 'HTTP/1.1 101 Switching Protocols', 'Upgrade: websocket', 'Connection: Upgrade', 'Sec-WebSocket-Accept: ' + key ]; socket.setNoDelay(true); socket.write(headers.join("\r\n") + "\r\n\r\n", 'ascii'); var ws = new WebSocket(socket); webSocketCollector.push(ws); callback(ws); });
upgrade事件其实是http这个模块的封装,再往底层就是net模块的实现,其实都差不多,如果直接用net模块来实现的话,就是监听net.createServer返回的server对象的data事件,接收到的第一份数据就是客户端发来的升级请求报文。
上面那段代码就完成了websocket的握手,然后就可以开始数据传输了。
看数据传输之前,先看看websocket数据帧的定义(因为觉得深入浅出nodejs里的帧定义图最容易理解,所以就贴这张了):
上面的图中,每一列就是一个字节,一个字节总共是8位,每一位就是一个二进制数,不同位的值会对应不同的意义。
fin:指示这个是消息的最后片段。第一个片段可能也是最后的片段。如果为1即为最后片段,(其实这个位的用途我个人有点疑惑,按照书上以及网上查的资料,当数据被分片的时候,不同片应该都会有fin位,会根据fin为是不是0来判断是否为最后一帧,但是实际实现中却发现,当数据比较大需要分片时,服务端收到的数据就只有第一帧是有fin位为1,其他帧则整个帧都是数据段,也就是说,感觉这个fin位似乎用不上,至少我自己写的demo中是通过数据长度来判断是否到了最后一帧,完全没用到这个fin位是否为1来判断)
rsv1、rsv2、rsv3:各占一个位,用于扩展协商,基本上不怎么需要理,一般都是0
opcode:占四个位,可以表示0~15的十进制,0表示为附加数据帧,1表示为文本数据帧,2表示二进制数据帧,8表示发送一个连接关闭的数据帧,9表示ping,10表示pong,ping和pong都是用于心跳检测,当一端发送ping时,另一端必须响应pong表示自己仍处于响应状态。
masked:占一个位,表示是否进行掩码处理,客户端发送给服务端时为1,服务端发送给客户端时为0
payload length:占7位,或者7+16位、或者7+64位。如果第二个字节的后面七个位的十进制值小于或等于125,则直接用这七个位表示数据长度;如果该值为126,说明 125<数据长度<65535(16个位能描述的最大值,也就是16个1的时候),就用第三个字节及第四个字节即16个位来表示;如果该值为127,则说明数据长度已经大于65535,16个位也已经不足以描述数据长度了,就用第三到第十个字节这八个字节来描述数据长度。
masking key:当masked为1的时候才存在,用于对我们需要的数据进行解密。
payload data:我们需要的数据,如果masked为1,该数据会被加密,要通过masking key进行异或运算解密才能获取到真实数据。
帧定义解释完了,就可以根据数据来进行解析了,当有data过来的时候,先获取需要的数据信息,下面这段代码将获取到数据在data里的位置,以及数据长度,masking key以及opcode:
WebSocket.prototype.handleDataStat = function (data) { if (!this.stat) { var dataIndex = 2; //数据索引,因为第一个字节和第二个字节肯定不为数据,所以初始值为2 var secondByte = data[1]; //代表masked位和可能是payloadLength位的第二个字节 var hasMask = secondByte >= 128; //如果大于或等于128,说明masked位为1 secondByte -= hasMask ? 128 : 0; //如果有掩码,需要将掩码那一位去掉 var dataLength, maskedData; //如果为126,则后面16位长的数据为数据长度,如果为127,则后面64位长的数据为数据长度 if (secondByte == 126) { dataIndex += 2; dataLength = data.readUInt16BE(2); } else if (secondByte == 127) { dataIndex += 8; dataLength = data.readUInt32BE(2) + data.readUInt32BE(6); } else { dataLength = secondByte; } //如果有掩码,则获取32位的二进制masking key,同时更新index if (hasMask) { maskedData = data.slice(dataIndex, dataIndex + 4); dataIndex += 4; } //数据量最大为10kb if (dataLength > 10240) { this.send("Warning : data limit 10kb"); } else { //计算到此处时,dataIndex为数据位的起始位置,dataLength为数据长度,maskedData为二进制的解密数据 this.stat = { index: dataIndex, totalLength: dataLength, length: dataLength, maskedData: maskedData, opcode: parseInt(data[0].toString(16).split("")[1] , 16) //获取第一个字节的opcode位 }; } } else { this.stat.index = 0; } };
代码中均有注释,理解起来应该不难,直接看下一步,获取到数据信息后,就要对数据进行实际解析了:
经过上面handleDataStat方法的处理,stat中已经有了data的相关数据,先判断opcode,如果为9说明是客户端发起的ping心跳检测,直接返回pong响应,如果为10则为服务端发起的心跳检测。如果有masking key,则遍历数据段,对每个字节都与masking key的字节进行异或运算(网上看到一个说法很形象:就是轮流发生X关系),^符号就是进行异或运算啦。如果没有masking key则直接通过slice方法把数据截取下来。
获取到数据后,放进datas里保存,因为有可能数据被分片了,所以再将stat里的长度减去当前数据长度,只有当stat里的长度为0的时候,说明当前帧为最后一帧,然后通过Buffer.concat将所有数据合并,此时再判断一下opcode,如果opcode为8,则说明客户端发起了一个关闭请求,而我们获取到的数据则是关闭原因。如果不为8,则这数据就是我们需要的数据。然后再将stat重置为null,datas数组置空即可。至此,我们的数据解析就完成了。
WebSocket.prototype.dataHandle = function (data) { this.handleDataStat(data); var stat; if (!(stat = this.stat)) return; //如果opcode为9,则发送pong响应,如果opcode为10则置pingtimes为0 if (stat.opcode === 9 || stat.opcode === 10) { (stat.opcode === 9) ? (this.sendPong()) : (this.pingTimes = 0); this.reset(); return; } var result; if (stat.maskedData) { result = new Buffer(data.length-stat.index); for (var i = stat.index, j = 0; i < data.length; i++, j++) { //对每个字节进行异或运算,masked是4个字节,所以%4,借此循环 result[j] = data[i] ^ stat.maskedData[j % 4]; } } else { result = data.slice(stat.index, data.length); } this.datas.push(result); stat.length -= (data.length - stat.index); //当长度为0,说明当前帧为最后帧 if (stat.length == 0) { var buf = Buffer.concat(this.datas, stat.totalLength); if (stat.opcode == 8) { this.close(buf.toString()); } else { this.emit("message", buf.toString()); } this.reset(); } };
完成了客户端发来的数据解析,还需要一个服务端发数据至客户端的方法,也就是按照上面所说的帧定义来组装数据并且发送出去。下面的代码中基本上每一行都有注释,应该还是比较容易理解的。
//数据发送 WebSocket.prototype.send = function (message) { if(this.state !== "OPEN") return; message = String(message); var length = Buffer.byteLength(message); // 数据的起始位置,如果数据长度16位也无法描述,则用64位,即8字节,如果16位能描述则用2字节,否则用第二个字节描述 var index = 2 + (length > 65535 ? 8 : (length > 125 ? 2 : 0)); // 定义buffer,长度为描述字节长度 + message长度 var buffer = new Buffer(index + length); // 第一个字节,fin位为1,opcode为1 buffer[0] = 129; // 因为是由服务端发至客户端,所以无需masked掩码 if (length > 65535) { buffer[1] = 127; // 长度超过65535的则由8个字节表示,因为4个字节能表达的长度为4294967295,已经完全够用,因此直接将前面4个字节置0 buffer.writeUInt32BE(0, 2); buffer.writeUInt32BE(length, 6); } else if (length > 125) { buffer[1] = 126; // 长度超过125的话就由2个字节表示 buffer.writeUInt16BE(length, 2); } else { buffer[1] = length; } // 写入正文 buffer.write(message, index); this.socket.write(buffer); };
最后还要实现一个功能,就是心跳检测:防止服务端长时间不与客户端交互而导致客户端关闭连接,所以每隔十秒都会发送一次ping进行心跳检测
//每隔10秒进行一次心跳检测,若连续发出三次心跳却没收到响应则关闭socket WebSocket.prototype.checkHeartBeat = function () { var that = this; setTimeout(function () { if (that.state !== "OPEN") return; if (that.pingTimes >= 3) { that.close("time out"); return; } //记录心跳次数 that.pingTimes++; that.sendPing(); that.checkHeartBeat(); }, 10000); }; WebSocket.prototype.sendPing = function () { this.socket.write(new Buffer(['0x89', '0x0'])) }; WebSocket.prototype.sendPong = function () { this.socket.write(new Buffer(['0x8A', '0x0'])) };
至此,整个websocket的实现就完成了,此demo只是大概实现了一下websocket而已,在安全之类方面肯定还是有很多问题,若是真正生产环境中还是用socket.io这类成熟的插件比较好。不过这还是很值得一学的。
以上内容就是小编给大家分享的浅析nodejs实现Websocket的数据接收与发送的全部内容,希望大家喜欢。