用Go語言寫一個簡單的WebSocket推送服務

推送服務實作

#基本原則

##server 啟動以後會註冊兩個Handler。

websocketHandler 用於提供瀏覽器端發送 Upgrade 請求並升級為 WebSocket 連線。

pushHandler 用於提供外部推送端發送推送資料的請求。

瀏覽器首先連接 websocketHandler （預設位址為 ws://ip:port/ws）升級請求為 WebSocket 連接，當連接建立之後需要發送註冊資訊進行註冊。這裡註冊資訊中包含一個 token 資訊。

server 會對提供的token 進行驗證並取得到對應的userId（通常來說，一個userId 可能同時關聯許多token），並保存維護好token, userId 和conn（連線）之間的關係。

推送端發送推送資料的請求到 pushHandler（預設位址為 ws://ip:port/push），請求中包含了 userId 欄位和 message 欄位。 server 會根據 userId 取得到所有此時連接到該 server 的 conn，然後將 message 一一進行推送。

由於推送服務的即時性，推送的資料並沒有也不需要進行快取。

程式碼詳解

我在這裡會稍微講述一下程式碼的基本構成，也順便說說Go 語言中一些常用的寫法和模式（本人也是從其他語言轉向Go 語言，畢竟Go 語言也相當年輕。所以有建議的話，敬請提出。）。

由於

Go語言的發明人和一些主要維護者大都來自於 C/C 語言，所以 Go 語言的程式碼也更偏向 C/C 系。

先來看看 Server 的結構：

// Server defines parameters for running websocket server.
type Server struct {
    // Address for server to listen on
    Addr string

    // Path for websocket request, default "/ws".
    WSPath string

    // Path for push message, default "/push".
    PushPath string

    // Upgrader is for upgrade connection to websocket connection using
    // "github.com/gorilla/websocket".
    //
    // If Upgrader is nil, default upgrader will be used. Default upgrader is
    // set ReadBufferSize and WriteBufferSize to 1024, and CheckOrigin always
    // returns true.
    Upgrader *websocket.Upgrader

    // Check token if it's valid and return userID. If token is valid, userID
    // must be returned and ok should be true. Otherwise ok should be false.
    AuthToken func(token string) (userID string, ok bool)

    // Authorize push request. Message will be sent if it returns true,
    // otherwise the request will be discarded. Default nil and push request
    // will always be accepted.
    PushAuth func(r *http.Request) bool

    wh *websocketHandler
    ph *pushHandler
}

這裡說一下 Upgrader *websocket.Upgrader，這是 gorilla/websocket 套件的對象，它用來升級 HTTP 要求。

如果一個結構體參數太多，通常不建議直接初始化，而是使用它提供的 New 方法。這裡是：

// NewServer creates a new Server.func NewServer(addr string) *Server {    return &Server{
        Addr:     addr,
        WSPath:   serverDefaultWSPath,
        PushPath: serverDefaultPushPath,
    }
}

這也是 Go 語言對外提供初始化方法的常見用法。

然後 Server 使用 ListenAndServe 方法啟動並監聽埠，與 http 套件的使用類似：

// ListenAndServe listens on the TCP network address and handle websocket
// request.
func (s *Server) ListenAndServe() error {
    b := &binder{
        userID2EventConnMap: make(map[string]*[]eventConn),
        connID2UserIDMap:    make(map[string]string),
    }

    // websocket request handler
    wh := websocketHandler{
        upgrader: defaultUpgrader,
        binder:   b,
    }
    if s.Upgrader != nil {
        wh.upgrader = s.Upgrader
    }
    if s.AuthToken != nil {
        wh.calcUserIDFunc = s.AuthToken
    }
    s.wh = &wh
    http.Handle(s.WSPath, s.wh)

    // push request handler
    ph := pushHandler{
        binder: b,
    }
    if s.PushAuth != nil {
        ph.authFunc = s.PushAuth
    }
    s.ph = &ph
    http.Handle(s.PushPath, s.ph)

    return http.ListenAndServe(s.Addr, nil)
}

這裡我們產生了兩個 Handler，分別為 websocketHandler 和 pushHandler。 websocketHandler 負責與瀏覽器建立連線並傳輸數據，而 pushHandler 則處理推播端的請求。

可以看到，這裡兩個 Handler 都封裝了一個 binder 物件。這個 binder 用來維護 token <-> userID <-> Conn 的關係：

// binder is defined to store the relation of userID and eventConn
type binder struct {
    mu sync.RWMutex

    // map stores key: userID and value of related slice of eventConn
    userID2EventConnMap map[string]*[]eventConn

    // map stores key: connID and value: userID
    connID2UserIDMap map[string]string
}

websocketHandler

##具體看一下 websocketHandler 的實作。

// websocketHandler defines to handle websocket upgrade request.
type websocketHandler struct {
    // upgrader is used to upgrade request.
    upgrader *websocket.Upgrader

    // binder stores relations about websocket connection and userID.
    binder *binder

    // calcUserIDFunc defines to calculate userID by token. The userID will
    // be equal to token if this function is nil.
    calcUserIDFunc func(token string) (userID string, ok bool)
}

很簡單的結構。 websocketHandler 實作了 http.Handler 介面：

// First try to upgrade connection to websocket. If success, connection will
// be kept until client send close message or server drop them.
func (wh *websocketHandler) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    wsConn, err := wh.upgrader.Upgrade(w, r, nil)
    if err != nil {
        return
    }
    defer wsConn.Close()

    // handle Websocket request
    conn := NewConn(wsConn)
    conn.AfterReadFunc = func(messageType int, r io.Reader) {
        var rm RegisterMessage
        decoder := json.NewDecoder(r)
        if err := decoder.Decode(&rm); err != nil {
            return
        }

        // calculate userID by token
        userID := rm.Token
        if wh.calcUserIDFunc != nil {
            uID, ok := wh.calcUserIDFunc(rm.Token)
            if !ok {
                return
            }
            userID = uID
        }

        // bind
        wh.binder.Bind(userID, rm.Event, conn)
    }
    conn.BeforeCloseFunc = func() {
        // unbind
        wh.binder.Unbind(conn)
    }

    conn.Listen()
}

首先將傳入的 http.Request 轉換為 websocket.Conn，再將其分裝為我們自訂的一個 wserver.Conn（封裝，或說是組合，是Go 語言的典型用法。記住，Go 語言沒有繼承，只有組合）。

接著設定了 Conn 的 AfterReadFunc 和 BeforeCloseFunc 方法，接著啟動了 conn.Listen()。 AfterReadFunc 意思是當 Conn 讀取到資料後，請嘗試驗證並依據 token 計算 userID，且為 bind 註冊綁定。 BeforeCloseFunc 則為 Conn 關閉前進行解綁作業。

pushHandler

pushHandler 則是容易理解。它解析請求然後推送資料：

// Authorize if needed. Then decode the request and push message to each
// realted websocket connection.
func (s *pushHandler) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    if r.Method != http.MethodPost {
        w.WriteHeader(http.StatusMethodNotAllowed)
        return
    }

    // authorize
    if s.authFunc != nil {
        if ok := s.authFunc(r); !ok {
            w.WriteHeader(http.StatusUnauthorized)
            return
        }
    }

    // read request
    var pm PushMessage
    decoder := json.NewDecoder(r.Body)
    if err := decoder.Decode(&pm); err != nil {
        w.WriteHeader(http.StatusBadRequest)
        w.Write([]byte(ErrRequestIllegal.Error()))
        return
    }

    // validate the data
    if pm.UserID == "" || pm.Event == "" || pm.Message == "" {
        w.WriteHeader(http.StatusBadRequest)
        w.Write([]byte(ErrRequestIllegal.Error()))
        return
    }

    cnt, err := s.push(pm.UserID, pm.Event, pm.Message)
    if err != nil {
        w.WriteHeader(http.StatusInternalServerError)
        w.Write([]byte(err.Error()))
        return
    }

    result := strings.NewReader(fmt.Sprintf("message sent to %d clients", cnt))
    io.Copy(w, result)
}
Conn
Conn (此处指 wserver.Conn) 为 websocket.Conn 的包装。

// Conn wraps websocket.Conn with Conn. It defines to listen and read
// data from Conn.
type Conn struct {
    Conn *websocket.Conn

    AfterReadFunc   func(messageType int, r io.Reader)
    BeforeCloseFunc func()

    once   sync.Once
    id     string
    stopCh chan struct{}
}

最主要的方法為 Listen()：#​​##

// Listen listens for receive data from websocket connection. It blocks
// until websocket connection is closed.
func (c *Conn) Listen() {
    c.Conn.SetCloseHandler(func(code int, text string) error {
        if c.BeforeCloseFunc != nil {
            c.BeforeCloseFunc()
        }

        if err := c.Close(); err != nil {
            log.Println(err)
        }

        message := websocket.FormatCloseMessage(code, "")
        c.Conn.WriteControl(websocket.CloseMessage, message, time.Now().Add(time.Second))
        return nil
    })

    // Keeps reading from Conn util get error.
ReadLoop:
    for {
        select {
        case <-c.stopCh:
            break ReadLoop
        default:
            messageType, r, err := c.Conn.NextReader()
            if err != nil {
                // TODO: handle read error maybe
                break ReadLoop
            }

            if c.AfterReadFunc != nil {
                c.AfterReadFunc(messageType, r)
            }
        }
    }
}

主要設定了 websocket 連線關閉時的處理和不停地讀取資料。

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