WebSocket 教程

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WebSocket 是一種網絡通訊協議，不少高級功能都須要它。

本文介紹 WebSocket 協議的使用方法。

1、爲何須要 WebSocket？

初次接觸 WebSocket 的人，都會問一樣的問題：咱們已經有了 HTTP 協議，爲何還須要另外一個協議？它能帶來什麼好處？

答案很簡單，由於 HTTP 協議有一個缺陷：通訊只能由客戶端發起。

舉例來講，咱們想了解今天的天氣，只能是客戶端向服務器發出請求，服務器返回查詢結果。HTTP 協議作不到服務器主動向客戶端推送信息。

這種單向請求的特色，註定了若是服務器有連續的狀態變化，客戶端要獲知就很是麻煩。咱們只能使用"輪詢"：每隔一段時候，就發出一個詢問，瞭解服務器有沒有新的信息。最典型的場景就是聊天室。

輪詢的效率低，很是浪費資源（由於必須不停鏈接，或者 HTTP 鏈接始終打開）。所以，工程師們一直在思考，有沒有更好的方法。WebSocket 就是這樣發明的。

2、簡介

WebSocket 協議在2008年誕生，2011年成爲國際標準。全部瀏覽器都已經支持了。

它的最大特色就是，服務器能夠主動向客戶端推送信息，客戶端也能夠主動向服務器發送信息，是真正的雙向平等對話，屬於服務器推送技術的一種。

其餘特色包括：

（1）創建在 TCP 協議之上，服務器端的實現比較容易。

（2）與 HTTP 協議有着良好的兼容性。默認端口也是80和443，而且握手階段採用 HTTP 協議，所以握手時不容易屏蔽，能經過各類 HTTP 代理服務器。

（3）數據格式比較輕量，性能開銷小，通訊高效。

（4）能夠發送文本，也能夠發送二進制數據。

（5）沒有同源限制，客戶端能夠與任意服務器通訊。

（6）協議標識符是ws（若是加密，則爲wss），服務器網址就是 URL。

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

3、客戶端的簡單示例

WebSocket 的用法至關簡單。

下面是一個網頁腳本的例子（點擊這裏看運行結果），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.");
};

4、客戶端的 API

WebSocket 客戶端的 API 以下。

4.1 WebSocket 構造函數

WebSocket 對象做爲一個構造函數，用於新建 WebSocket 實例。

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

執行上面語句以後，客戶端就會與服務器進行鏈接。

實例對象的全部屬性和方法清單，參見這裏。

4.2 webSocket.readyState

readyState屬性返回實例對象的當前狀態，共有四種。

• CONNECTING：值爲0，表示正在鏈接。
• OPEN：值爲1，表示鏈接成功，能夠通訊了。
• CLOSING：值爲2，表示鏈接正在關閉。
• CLOSED：值爲3，表示鏈接已經關閉，或者打開鏈接失敗。

下面是一個示例。

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;
}

4.3 webSocket.onopen

實例對象的onopen屬性，用於指定鏈接成功後的回調函數。

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

若是要指定多個回調函數，可使用addEventListener方法。

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

4.4 webSocket.onclose

實例對象的onclose屬性，用於指定鏈接關閉後的回調函數。

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
});

4.5 webSocket.onmessage

實例對象的onmessage屬性，用於指定收到服務器數據後的回調函數。

ws.onmessage = function(event) {
  var data = event.data;
  // 處理數據
};

ws.addEventListener("message", function(event) {
  var data = event.data;
  // 處理數據
});

注意，服務器數據多是文本，也多是二進制數據（blob對象或Arraybuffer對象）。

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");
  }
}

除了動態判斷收到的數據類型，也可使用binaryType屬性，顯式指定收到的二進制數據類型。

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

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

4.6 webSocket.send()

實例對象的send()方法用於向服務器發送數據。

發送文本的例子。

ws.send('your message');

發送 Blob 對象的例子。

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

發送 ArrayBuffer 對象的例子。

// 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);

4.7 webSocket.bufferedAmount

實例對象的bufferedAmount屬性，表示還有多少字節的二進制數據沒有發送出去。它能夠用來判斷髮送是否結束。

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

if (socket.bufferedAmount === 0) {
  // 發送完畢
} else {
  // 發送還沒結束
}

4.8 webSocket.onerror

實例對象的onerror屬性，用於指定報錯時的回調函數。

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

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

5、服務端的實現

WebSocket 服務器的實現，能夠查看維基百科的列表。

經常使用的 Node 實現有如下三種。

• µWebSockets
• Socket.IO
• WebSocket-Node

具體的用法請查看它們的文檔，這裏不詳細介紹了。

6、WebSocketd

下面，我要推薦一款很是特別的 WebSocket 服務器：Websocketd。

它的最大特色，就是後臺腳本不限語言，標準輸入（stdin）就是 WebSocket 的輸入，標準輸出（stdout）就是 WebSocket 的輸出。

舉例來講，下面是一個 Bash 腳本counter.sh。

#!/bin/bash

echo 1
sleep 1

echo 2
sleep 1

echo 3

命令行下運行這個腳本，會輸出一、二、3，每一個值之間間隔1秒。

$ bash ./counter.sh
1
2
3

如今，啓動websocketd，指定這個腳本做爲服務。

$ websocketd --port=8080 bash ./counter.sh

上面的命令會啓動一個 WebSocket 服務器，端口是8080。每當客戶端鏈接這個服務器，就會執行counter.sh腳本，並將它的輸出推送給客戶端。

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

ws.onmessage = function(event) {
  console.log(event.data);
};

上面是客戶端的 JavaScript 代碼，運行以後會在控制檯依次輸出一、二、3。

有了它，就能夠很方便地將命令行的輸出，發給瀏覽器。

$ websocketd --port=8080 ls

上面的命令會執行ls命令，從而將當前目錄的內容，發給瀏覽器。使用這種方式實時監控服務器，簡直是垂手可得（代碼）。

更多的用法能夠參考官方示例。

• Bash 腳本讀取客戶端輸入的例子
• 五行代碼實現一個最簡單的聊天服務器

websocketd 的實質，就是命令行的 WebSocket 代理。只要命令行能夠執行的程序，均可以經過它與瀏覽器進行 WebSocket 通訊。下面是一個 Node 實現的回聲服務greeter.js。

process.stdin.setEncoding('utf8');

process.stdin.on('readable', function() {
  var chunk = process.stdin.read();
  if (chunk !== null) {
    process.stdout.write('data: ' + chunk);
  }
});

啓動這個腳本的命令以下。

$ websocketd --port=8080 node ./greeter.js

官方倉庫還有其餘各類語言的例子。