WebSocket 教程

WebSocket 是 HTML5 开始提供的一种在单个 TCP 连接上进行全双工通讯的协议。。

本文介绍 WebSocket 协议的使用方法。

为什么需要 WebSocket？

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。

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。

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。

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

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

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

 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.");
 };

客户端的 API

WebSocket 客户端的 API 如下。

WebSocket 构造函数

WebSocket 对象作为一个构造函数， 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。

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.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.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
 }

服务端的实现

WebSocket 服务器的实现

常用的 Node 实现有以下三种。

• µWebSockets
• Socket.IO
• WebSocket-Node

具体的用法请查看它们的文档，这里不详细介绍了。

WebSocketd

下面，我要推荐一款非常特别的 WebSocket 服务器：Websocketd。

它的最大特点，就是后台脚本不限语言，标准输入（stdin）就是 WebSocket 的输入，标准输出（stdout）就是 WebSocket 的输出。

举例来说，下面是一个 Bash 脚本 counter.sh 。

 #!/bin/bash

 echo 1
 sleep 1

 echo 2
 sleep 1

 echo 3

命令行下运行这个脚本，会输出1、2、3，每个值之间间隔1秒。

 $ bash ./counter.sh
 1
 2
 3

现在，启动 websocketd ，指定这个脚本作为服务。

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

上面的命令会启动一个 WebSocket 服务器，端口是 8080 。每当客户端连接这个服务器，就会执行 counter.sh 脚本，并将它的输出推送给客户端。

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

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

上面是客户端的 JavaScript 代码，运行之后会在控制台依次输出1、2、3。

有了它，就可以很方便地将命令行的输出，发给浏览器。

 $ websocketd --port=8080 ls

上面的命令会执行 ls 命令，从而将当前目录的内容，发给浏览器。使用这种方式实时监控服务器，简直是轻而易举（代码）。

更多的用法可以参考官方示例。

• Bash 脚本读取客户端输入的例子
• 五行代码实现一个最简单的聊天服务器

websocketd 的实质，就是命令行的 WebSocket 代理。只要命令行可以执行的程序，都可以通过它与浏览器进行 WebSocket 通信。下面是一个 Node 实现的回声服务 greeter.js 。

 process.stdin.setEncoding('utf8');

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

启动这个脚本的命令如下。

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

参考链接

• WebSockets - Send & Receive Messages
• Introducing WebSockets: Bringing Sockets to the Web