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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: http://127.0.0.1:3000

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 https://github.com/scotch-io/go-realtime-chat.git

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="' + self.gravatarURL(msg.email) + '">' // 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 'http://www.gravatar.com/avatar/' + 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。

以上内容都是我自己的一些感想，分享出来欢迎大家指正，顺便求一波关注，有问题的或者更好的想法的小伙伴可以评论私信我哦~或者点击Java学习交流群一起交流聊天！

作者：DailyProgrammer

链接：https://zhuanlan.zhihu.com/p/81694216

来源：知乎

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