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初見 web socket技術

這篇文章真的是寫的太好了,花了半個小時的時間去閱讀,想分享給大家。

正文如下:

網際網路發展到現在,早已超越了原始的初衷,人類從來沒有像現在這樣依賴過他;也正是這種依賴,促進了網際網路技術的飛速發展。而終端裝置的創新與發展,更加速了網際網路的進化;

HTTP/1.1規範釋出于1999年,同年12月24日,HTML4.01規範釋出;盡管已到2012年,但HTML4.01仍是主流;雖然HTML5的草案已出現了好幾個年頭,但轉正日期,遙遙無期,少則三五年,多則數十年;而HTML5的客戶代理(對于一般使用者而言,就是浏覽器),則已百家争鳴,星星向榮;再加上移動終端的飛速發展,在大多數情況下,我們都可以保證擁有一個HTML5的運作環境,是以,我們來分享一下HTML5中的WebSocket協定;

本文包含以下六個方面:

1.WebSocket的前世今生

2.WebSocket是什麼

3.為什麼使用WebSocket

4.搭建WebSocket伺服器

5.WebSocket API

6.執行個體解析

以上六點分為兩大塊,前3點側重理論,主要讓大家明白WebSocket是什麼,而後3點則結合代碼實戰,加深對WebSocket的認知。

一、WebSocket的前世今生

Web 應用的資訊互動過程通常是用戶端通過浏覽器發出一個請求,伺服器端接收和稽核完請求後進行處理并傳回結果給用戶端,然後用戶端浏覽器将資訊呈現出來,這種機制對于資訊變化不是特别頻繁的應用尚能相安無事,但是對于那些實時要求比較高的應用來說就顯得捉襟見肘了。我們需要一種高效節能的雙向通信機制來保證資料的實時傳輸。有web TCP之稱的WebSocket應運而生,給開發人員提供了一把強有力的武器來解決疑難雜症。

(PS:其實,在早期的HTML5規範中,并沒有包含WebSocket的定義,一些早期的HTML5書籍中,完全沒有WebSocket的介紹。直到後來,才加入到目前的草案中。)

二、WebSocket是什麼?

其實,從背景介紹中,我們大緻的可以猜出,WebSocket是幹什麼用的。前面我們提到,WebSocket有web TCP之稱,既然是TCP,肯定是用來做通信的,但是它又有不同的地方,WebSocket作為HTML5中新增的一種通信協定,由通信協定和程式設計API組成,它能夠在浏覽器和伺服器之間建立雙向連接配接,以基于事件的方式,賦予浏覽器原生的實時通信能力,來擴充我們的web應用,增加使用者體驗,提升應用的性能。何謂雙向?伺服器端和用戶端可以同時發送并響應請求,而不再像HTTP的請求和響應。

三、為什麼使用WebSocket

在WebSocket出現之前,我們有一些其它的實時通訊方案,比較常用的有輪詢,長輪詢,流,還有基于Flash的交換資料的方式,接下來,我們一一分析一下,各種通信方式的特點。

① 輪詢

這是最早的一種實作實時web應用的方案;原理比較簡單易懂,就是用戶端以一定的時間間隔向伺服器發送請求,以頻繁請求的方式來保持用戶端和伺服器端的資料同步。但是問題也很明顯:當用戶端以固定頻率向伺服器端發送請求時,伺服器端的資料可能并沒有更新,這樣會帶來很多無謂的請求,浪費帶寬,效率低下。

② 長輪詢

長輪詢是對定時輪詢的改進和提高,目地是為了降低無效的網絡傳輸。當伺服器端沒有資料更新的時候,連接配接會保持一段時間周期直到資料或狀态改變或者時間過期,通過這種機制來減少無效的用戶端和伺服器間的互動。當然,如果服務端的資料變更非常頻繁的話,這種機制和定時輪詢比較起來沒有本質上的性能的提高。

③ 流

④ 基于Flash的實時通訊方式

Flash有自己的socket實作,這為實時通信提供了可能。我們可以利用Flash完成資料交換,再利用Flash暴露出相應的接口,友善JavaScript調用,來達到實時傳輸資料的目的。這種方式比前面三種方式都要高效,而且應用場景比較廣泛;因為flash本身的安裝率很高;但是在目前的網際網路環境下,移動終端對flash的支援并不好,以IOS為主的系統中根本沒有flash的存在,而在android陣營中,雖然有flash的支援,但實際的使用效果差強人意,即使是配置較高的移動裝置,也很難讓人滿意。就在前幾天(2012年6月底),Adobe官方宣布,不在支援android4.1以後的系統,這基本上宣告了flash在移動終端上的死亡。

下面是輪詢和長輪詢的資訊流轉圖:

初見 web socket技術
初見 web socket技術

對比完四種不同的實時通信方式,不難發現,除了基于flash的方案外,其它三種方式都是用AJAX方式來模拟實時的效果,每次用戶端和伺服器端互動時,都是一次完整的HTTP請求和應答的過程,而每一次的HTTP請求和應答都帶有完整的HTTP頭資訊,這就增加每次的資料傳輸量,而且這些方案中用戶端和服務端的程式設計實作比較複雜。

接下來,我們再來看一下WebSocket,為什麼要使用它呢?高效節能,簡單易用。

下圖是來自websocket.org的測試結果:

初見 web socket技術

在流量和負載增大的情況下,WebSocket 方案相比傳統的 Ajax 輪詢方案有極大的性能優勢;而在開發方面,也十分簡單,我們隻需要執行個體化WebSocket,建立連接配接,檢視是否連接配接成功,然後就可以發送和相應消息了。我們會在後面的執行個體中去詳細的說明API。

四、搭建WebSocket伺服器

其實,在伺服器的選擇上很廣,基本上,主流語言都有WebSocket的伺服器端實作,而我們作為前端開發工程師,當然要選擇現在比較火熱的NodeJS作為我們的伺服器端環境了。

NodeJS本身并沒有原生的WebSocket支援,但是有第三方的實作(大家要是有興趣的話,完全可以參考WebSocket協定來做自己的實作),我們選擇了“ws”作為我們的伺服器端實作。

由于本文的重點是講解WebSocket,是以,對于NodeJS不做過多的介紹,不太熟悉的朋友可以去參考NodeJS入門指南(http://www.nodebeginner.org/index-zh-cn.html)。

安裝好NodeJS之後,我們需要安裝“ws”,也就是我們的WebSocket實作,安裝方法很簡單,在終端或者指令行中輸入:

1

npm install ws

,等待安裝完成就可以了。

接下來,我們需要啟動我們的WebSocket服務。首先,我們需要建構自己的HTTP伺服器,在NodeJS中建構一個簡單的HTTP伺服器很簡單,so easy。代碼如下:

1

var app = http.createServer( onRequest ).listen( 8888 );

onRequest()作為回調函數,它的作用是處理請求,然後做出響應,實際上就是根據接收的URL,在伺服器上查找相應的資源,最終傳回給浏覽器。

在建構了HTTP伺服器後,我們需要啟動WebSocket服務,代碼如下:

1

var WebSocketServer = require('ws').Server;

2

var wss = new WebSocketServer( { server : app } );

從代碼中可以看出,在初始化WebSocket服務時,把我們剛才建構好的HTTP執行個體傳遞進去就好。到這裡,我們的服務端代碼差不多也就編寫完成了。怎麼樣?很簡單吧。

五、WebSocket API

上面我們介紹了WebSocket服務端的知識,接下來,我們需要編寫用戶端代碼了。在前面我們說過,用戶端的API也是一如既往的簡單:

初見 web socket技術

見上圖:ready state中定義的是socket的狀态,分為connection、open、closing和closed四種狀态,從字面上就可以區分出它們所代表的狀态。

初見 web socket技術

上圖描述的是WebSocket的事件,分為onopen、onerror和onclose;

初見 web socket技術

上圖為消息的定義,主要是接收和發送消息。注意:可以發送二進制的資料。

以上個圖的具體的含義就不再一一贅述,較長的描述請參考:

http://www.w3.org/TR/2012/WD-websockets-20120524/

PS:由于WebSocket API(截止到2012年7月)還是草案,API文檔和上文所描述的會有所不同,請以官方文檔為主,這也是我為什麼不較長的描述API中各個屬性的原因。

另外一點需要提醒大家的是:在前端開發中,浏覽器相容是必不可少的,而WebSocket在主浏覽器中的相容還是不錯的,火狐和Chrome不用說,最新版的支援非常不錯,而且支援二進制資料的發送和接收。但是IE9并不支援,對于國内的大多數應用場景,WebSocket無法大規模使用。

初見 web socket技術

截圖來自(http://tongji.baidu.com/data/browser),之是以選擇百度的統計資料,是因為更加符合國内的實際情況。圖中所展示的是2012年4月1日到2012年6月30日之間的統計資料,從圖中不難看出IE6.0、奇虎360、IE7.0和IE8.0加起來一共占據了77%的市場,FireFox屬于其他,chrome隻有5.72%的份額,再一次告訴我們,我們的主戰場依然是IE系。

既然是IE系,那麼對于WebSocket在實際app中的應用就基本不可能了。但我們完全可以在chrome、FireFox、以及移動版的IOS浏覽器中使用它。

六、執行個體解析

搭建好了服務端,熟悉了API,接下來,我們要開始建構我們的應用了。鑒于WebSocket自身的特點,我們的第一個demo選擇了比較常見的聊天程式,我們暫且取名為chat。

說到聊天,大家最先想到的肯定是QQ,沒錯,我們所實作的應用和QQ類似,而且還是基于web的。因為是demo,我們的功能比較簡陋,僅實作了最簡單的會話功能。就是啟動WebSocket伺服器後,用戶端發起連接配接,連接配接成功後,任意用戶端發送消息,都會被伺服器廣播給所有已連接配接的用戶端,包括自己。

既然需要用戶端,我們需要建構一個簡單的html頁面,頁面中樣式和元素,大家可以自由發揮,隻要能夠輸入消息,有發送按鈕,最後有一個展示消息的區域即可。具體的樣子大家可以看附件中的demo。

寫玩HTML頁面之後,我們需要添加用戶端腳本,也就是和WebSocket相關的代碼;前面我們說過,WebSocket的API本身很簡單,是以,我們的用戶端代碼也很直接,如下:

1

var wsServer = 'ws://localhost:8888/';

2

var websocket = new WebSocket(wsServer);

3

websocket.binaryType = "arraybuffer";

4

websocket.onopen = onOpen;

5

websocket.onclose = onClose;

6

websocket.onmessage = onMessage;

7

websocket.onerror = onError;

首先,我們需要指定WebSocket的服務位址,也就是var wsServer = ‘ws://localhost:8888/’;

然後,我們執行個體化WebSocket,new WebSocket(wsServer),

剩下的就是指定相應的回調函數了,分别是onOpen,onClose,onMessage和onError,對于咱們的實驗應用來說,onopen、onclose、onerror甚至可以不管,咱們重點關注一下onmessage。

onmessage()這個回調函數會在用戶端收到消息時觸發,也就是說,隻要伺服器端發送了消息,我們就可以通過onmessage拿到發送的資料,既然拿到了資料,接下去該怎麼玩,就随便我們了。請看下面的僞代碼:

1

function onMessage(evt) {

2

var json = JSON.parse(evt.data);

3

commands[json.event](json.data);

4

}

因為onmessage隻接收字元串和二進制類型的資料,如果需要發送json格式的資料,就需要我們轉換一下格式,把字元串轉換成JSON格式。隻要是支援WebSocket,肯定原生支援window.JSON,是以,我們可以直接使用JSON.parse()和JSON.stringify()來進行轉換。

轉換完成後,我們就得到了我們想要的資料了,接下來所做的工作就是将消息顯示出來。實際上就是

1

Elements.innerHTML += data + '</br>';

上面展現了用戶端的代碼,伺服器端的代碼相對要簡單一些,因為我們的伺服器端使用的是第三方實作,我們隻需要做一些初始化工作,然後在接收到消息時,将消息廣播出去即可,下面是具體的代碼:

01

var app = http.createServer( onRequest ).listen( 8888 );

02

var WebSocketServer = require('ws').Server,

03

wss = new WebSocketServer( { server : app } );

04

wss.on('connection', function( ws ) {

05

console.log('connection successful!');

06

ws.on('message', function( data, flags ) {

07

console.log(data);

08

//do something here

09

});

10

ws.on('close', function() {

11

console.log('stopping client');

12

});

13

});

我們可以通過wss.clients獲得目前已連接配接的所有用戶端,然後周遊,得到執行個體,調用send()方法發送資料;

1

var clients = wss.clients, len = clients.length, i = 0;

2

for( ; i < len; i = i + 1 ){

3

clients[i].send( msg );

4

}

說到這裡,一個雙向通信的執行個體基本完成,當然,上面都是僞代碼,完整的demo請檢視附件。

除了常見的聊天程式以外,大家完全可以發揮創意,建構一些“好玩”的應用;

接下來,分享另外一個應用,“你畫我猜”這個應用,很多人都接觸過,大緻上是:某個人在螢幕上畫一些圖形,這些圖檔會實時展示在其它人的螢幕上,然後來猜畫的是什麼。

利用WebSocket和canvas,我們可以很輕松的建構類似的應用。當然,我們這裡隻是demo,并沒有達到産品級的高度,這裡隻是為大家提供思路;

首先,我們再次明确一下,WebSocket賦予了我們在浏覽器端和伺服器進行雙向通信的能力,這樣,我們可以實時的将資料發送給伺服器,然後再廣播給所有的用戶端。這和聊天程式的思路是一緻的。

接下來,伺服器端的代碼不用做任何修改,在html頁面中準備一個canvas,作為我們的畫布。如何在canvas上用滑鼠畫圖形呢?我們需要監聽mousedown、mousemove和mouseup三個滑鼠事件。說到這裡,大家應該知道怎麼做了。沒錯,就是在按下滑鼠的時候,記錄目前的坐标,移動滑鼠的時候,把坐标發送給伺服器,再由伺服器把坐标資料廣播給所有的用戶端,這樣就可以在所有的用戶端上同步繪畫了;最後,mouseup的時候,做一些清理工作就ok了。下面是一些僞代碼:

01

var WhiteBoard = function( socket, canvasId ){

02

var lastPoint = null,

03

mouseDown = false,

04

canvas = getById(canvasId),

05

ctx = canvas.getContext('2d');

06

07

var handleMouseDown = function(event) {

08

mouseDown = true;

09

lastPoint = resolveMousePosition.bind( canvas, event )();

10

};

11

12

var handleMouseUp = function(event) {

13

mouseDown = false;

14

lastPoint = null;

15

};

16

17

var handleMouseMove = function(event) {

18

if (!mouseDown) { return; }

19

var currentPoint = resolveMousePosition.bind( canvas, event )();

20

socket.send(JSON.stringify({

21

event: 'draw',

22

data: {

23

points: [

24

lastPoint.x,

25

lastPoint.y,

26

currentPoint.x,

27

currentPoint.y

28

]

29

}

30

}));

31

32

lastPoint = currentPoint;

33

};        

34

35

var init = function(){

36

addEvent( canvas, 'mousedown', handleMouseDown );

37

addEvent( canvas, 'mouseup', handleMouseUp );

38

addEvent( canvas, 'mousemove', handleMouseMove );

39

40

var img = new Image();

41

addEvent( img, 'load', function(e){

42

canvas.width = img.width;

43

canvas.height = img.height;

44

ctx.drawImage( img, 0, 0 );

45

} );

46

img.src = '/img/diablo3.png';

47

};

48

49

var drawLine = function(data) {

50

var points = data.points;

51

ctx.strokeStyle = 'rgb(255, 15, 255)';

52

ctx.beginPath();

53

ctx.moveTo( points[0] + 0.5, points[1] + 0.5 );

54

ctx.lineTo( points[2] + 0.5, points[3] + 0.5 );

55

ctx.stroke();

56

};

57

58

function resolveMousePosition(event) {

59

var x, y;

60

if (event.offsetX) {

61

x = event.offsetX;

62

y = event.offsetY;

63

} else {  //(注意)實際開發中,這樣擷取滑鼠相對canvas的坐标是不對的

64

x = event.layerX - this.offsetLeft;

65

y = event.layerY - this.offsetTop;

66

}

67

return { x: x, y: y };

68

};

69

70

init();

71

72

return {

73

draw : drawLine

74

//ctx : ctx,

75

//canvas : canvas

76

}

77

}( websocket, 'drawsomething' );

對于canvas不熟悉的同學,請自己去搜尋一下,有許多不錯的教程。其它方面,和聊天應用的思路基本一樣。

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