WebSocket

网道(WangDoc.com),互联网文档计划

WebSocket 是一种网络通信协议,很多高级功能都需要它。

初次接触 WebSocket 的人,都会问同样的问题:我们已经有了 HTTP 协议,为什么还需要另一个协议?它能带来什么好处?

答案很简单,因为 HTTP 协议有一个缺陷:通信只能由客户端发起。举例来说,我们想了解今天的天气,只能是客户端向服务器发出请求,服务器返回查询结果。HTTP 协议做不到服务器主动向客户端推送信息。HTTP 协议的这种单向请求的特点,注定了如果服务器有连续的状态变化,客户端要获知就非常麻烦。我们只能使用“轮询”:每隔一段时候,就发出一个询问,了解服务器有没有新的信息。最典型的场景就是聊天室。

轮询的效率低,非常浪费资源(因为必须不停连接,或者 HTTP 连接始终打开)。因此,工程师们一直在思考,有没有更好的方法。WebSocket 就是这样发明的。

简介 #

WebSocket 协议在2008年诞生,2011年成为国际标准。所有浏览器都已经支持了。

它的最大特点就是,服务器可以主动向客户端推送信息,客户端也可以主动向服务器发送信息,是真正的双向平等对话,属于服务器推送技术的一种。WebSocket 允许服务器端与客户端进行全双工(full-duplex)的通信。举例来说,HTTP 协议有点像发电子邮件,发出后必须等待对方回信;WebSocket 则是像打电话,服务器端和客户端可以同时向对方发送数据,它们之间存着一条持续打开的数据通道。

其他特点包括:

(1)建立在 TCP 协议之上,服务器端的实现比较容易。

(2)与 HTTP 协议有着良好的兼容性。默认端口也是80和443,并且握手阶段采用 HTTP 协议,因此握手时不容易屏蔽,能通过各种 HTTP 代理服务器。

(3)数据格式比较轻量,性能开销小,通信高效。

(4)可以发送文本,也可以发送二进制数据。

(5)没有同源限制,客户端可以与任意服务器通信,完全可以取代 Ajax。

(6)协议标识符是ws(如果加密,则为wss,对应 HTTPS 协议),服务器网址就是 URL。

ws://example.com:80/some/path

WebSocket 握手 #

浏览器发出的 WebSocket 握手请求类似于下面的样子:

GET / HTTP/1.1
Connection: Upgrade
Upgrade: websocket
Host: example.com
Origin: null
Sec-WebSocket-Key: sN9cRrP/n9NdMgdcy2VJFQ==
Sec-WebSocket-Version: 13

上面的头信息之中,有一个 HTTP 头是Upgrade。HTTP1.1 协议规定,Upgrade字段表示将通信协议从HTTP/1.1转向该字段指定的协议。Connection字段表示浏览器通知服务器,如果可以的话,就升级到 WebSocket 协议。Origin字段用于提供请求发出的域名,供服务器验证是否许可的范围内(服务器也可以不验证)。Sec-WebSocket-Key则是用于握手协议的密钥,是 Base64 编码的16字节随机字符串。

服务器的 WebSocket 回应如下。

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Connection: Upgrade
Upgrade: websocket
Sec-WebSocket-Accept: fFBooB7FAkLlXgRSz0BT3v4hq5s=
Sec-WebSocket-Origin: null
Sec-WebSocket-Location: ws://example.com/

上面代码中,服务器同样用Connection字段通知浏览器,需要改变协议。Sec-WebSocket-Accept字段是服务器在浏览器提供的Sec-WebSocket-Key字符串后面,添加 RFC6456 标准规定的“258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11”字符串,然后再取 SHA-1 的哈希值。浏览器将对这个值进行验证,以证明确实是目标服务器回应了 WebSocket 请求。Sec-WebSocket-Location字段表示进行通信的 WebSocket 网址。

完成握手以后,WebSocket 协议就在 TCP 协议之上,开始传送数据。

客户端的简单示例 #

WebSocket 的用法相当简单。

下面是一个网页脚本的例子,基本上一眼就能明白。

var ws = new WebSocket('wss://echo.websocket.org');

ws.onopen = function(evt) {
  console.log('Connection open ...');
  ws.send('Hello WebSockets!');
};

ws.onmessage = function(evt) {
  console.log('Received Message: ' + evt.data);
  ws.close();
};

ws.onclose = function(evt) {
  console.log('Connection closed.');
};

客户端 API #

浏览器对 WebSocket 协议的处理,无非就是三件事。

  • 建立连接和断开连接
  • 发送数据和接收数据
  • 处理错误

构造函数 WebSocket #

WebSocket对象作为一个构造函数,用于新建WebSocket实例。

var ws = new WebSocket('ws://localhost:8080');

执行上面语句之后,客户端就会与服务器进行连接。

webSocket.readyState #

readyState属性返回实例对象的当前状态,共有四种。

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

下面是一个示例。

switch (ws.readyState) {
  case WebSocket.CONNECTING:
    // do something
    break;
  case WebSocket.OPEN:
    // do something
    break;
  case WebSocket.CLOSING:
    // do something
    break;
  case WebSocket.CLOSED:
    // do something
    break;
  default:
    // this never happens
    break;
}

webSocket.onopen #

实例对象的onopen属性,用于指定连接成功后的回调函数。

ws.onopen = function () {
  ws.send('Hello Server!');
}

如果要指定多个回调函数,可以使用addEventListener方法。

ws.addEventListener('open', function (event) {
  ws.send('Hello Server!');
});

webSocket.onclose #

实例对象的onclose属性,用于指定连接关闭后的回调函数。

ws.onclose = function(event) {
  var code = event.code;
  var reason = event.reason;
  var wasClean = event.wasClean;
  // handle close event
};

ws.addEventListener("close", function(event) {
  var code = event.code;
  var reason = event.reason;
  var wasClean = event.wasClean;
  // handle close event
});

webSocket.onmessage #

实例对象的onmessage属性,用于指定收到服务器数据后的回调函数。

ws.onmessage = function(event) {
  var data = event.data;
  // 处理数据
};

ws.addEventListener("message", function(event) {
  var data = event.data;
  // 处理数据
});

注意,服务器数据可能是文本,也可能是二进制数据(blob对象或Arraybuffer对象)。

ws.onmessage = function(event){
  if(typeOf event.data === String) {
    console.log("Received data string");
  }

  if(event.data instanceof ArrayBuffer){
    var buffer = event.data;
    console.log("Received arraybuffer");
  }
}

除了动态判断收到的数据类型,也可以使用binaryType属性,显式指定收到的二进制数据类型。

// 收到的是 blob 数据
ws.binaryType = "blob";
ws.onmessage = function(e) {
  console.log(e.data.size);
};

// 收到的是 ArrayBuffer 数据
ws.binaryType = "arraybuffer";
ws.onmessage = function(e) {
  console.log(e.data.byteLength);
};

webSocket.send() #

实例对象的send()方法用于向服务器发送数据。

发送文本的例子。

ws.send('your message');

发送 Blob 对象的例子。

var file = document
  .querySelector('input[type="file"]')
  .files[0];
ws.send(file);

发送 ArrayBuffer 对象的例子。

// Sending canvas ImageData as ArrayBuffer
var img = canvas_context.getImageData(0, 0, 400, 320);
var binary = new Uint8Array(img.data.length);
for (var i = 0; i < img.data.length; i++) {
  binary[i] = img.data[i];
}
ws.send(binary.buffer);

webSocket.bufferedAmount #

实例对象的bufferedAmount属性,表示还有多少字节的二进制数据没有发送出去。它可以用来判断发送是否结束。

var data = new ArrayBuffer(10000000);
socket.send(data);

if (socket.bufferedAmount === 0) {
  // 发送完毕
} else {
  // 发送还没结束
}

webSocket.onerror #

实例对象的onerror属性,用于指定报错时的回调函数。

socket.onerror = function(event) {
  // handle error event
};

socket.addEventListener("error", function(event) {
  // handle error event
});

WebSocket 服务器 #

WebSocket 协议需要服务器支持。各种服务器的实现,可以查看维基百科的列表

常用的 Node 实现有以下三种。

具体的用法请查看它们的文档,本教程不详细介绍了。

参考链接 #

本教程采用知识共享 署名-相同方式共享 3.0协议

最后生成于 2018-11-14 12:45:48

分享本文