JavaScript之WebSocket技术详解

概述

HTTP协议是一种无状态协议，服务器端本身不具有识别客户端的能力，必须借助外部机制，比如session和cookie，才能与特定客户端保持对话。这多多少少带来一些不便，尤其在服务器端与客户端需要持续交换数据的场合（比如网络聊天），更是如此。为了解决这个问题，HTML5提出了浏览器的WebSocket API。

WebSocket的主要作用是，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。

WebSocket协议完全可以取代Ajax方法，用来向服务器端发送文本和二进制数据，而且还没有“同域限制”。

WebSocket不使用HTTP协议，而是使用自己的协议。浏览器发出的WebSocket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
上面的头信息显示，有一个HTTP头是Upgrade。HTTP1.1协议规定，Upgrade头信息表示将通信协议从HTTP/1.1转向该项所指定的协议。“Connection: Upgrade”就表示浏览器通知服务器，如果可以，就升级到webSocket协议。Origin用于验证浏览器域名是否在服务器许可的范围内。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。

服务器端的WebSocket回应则是

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

服务器端同样用“Connection: Upgrade”通知浏览器，需要改变协议。Sec-WebSocket-Accept是服务器在浏览器提供的Sec-WebSocket-Key字符串后面，添加“258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11” 字符串，然后再取sha-1的hash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表示进行通信的WebSocket网址。

请注意，WebSocket协议用ws表示。此外，还有wss协议，表示加密的WebSocket协议，对应HTTPs协议。
完成握手以后，WebSocket协议就在TCP协议之上，开始传送数据。

WebSocket协议需要服务器支持，目前比较流行的实现是基于node.js的socket.io，更多的实现可参阅Wikipedia。至于浏览器端，目前主流浏览器都支持WebSocket协议（包括IE 10+），仅有的例外是手机端的Opera Mini和Android Browser。

客户端

浏览器端对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

建立连接和断开连接

首先，客户端要检查浏览器是否支持WebSocket，使用的方法是查看window对象是否具有WebSocket属性。

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if(window.WebSocket != undefined) {    // WebSocket代码   }

然后，开始与服务器建立连接（这里假定服务器就是本机的1740端口，需要使用ws协议）。

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if(window.WebSocket != undefined) {    var connection = new WebSocket('ws://localhost:1740');   }

建立连接以后的WebSocket实例对象（即上面代码中的connection），有一个readyState属性，表示目前的状态，可以取4个值：

0： 正在连接
1： 连接成功
2： 正在关闭
3： 连接关闭
握手协议成功以后，readyState就从0变为1，并触发open事件，这时就可以向服务器发送信息了。我们可以指定open事件的回调函数。

connection.onopen = wsOpen;

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function wsOpen (event) { console.log(‘Connected to: ‘ + event.currentTarget.URL); }

关闭WebSocket连接，会触发close事件。

connection.onclose = wsClose;

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function wsClose () { console.log(“Closed”); }   connection.close();

发送数据和接收数据

连接建立后，客户端通过send方法向服务器端发送数据。

connection.send(message);
除了发送字符串，也可以使用 Blob 或 ArrayBuffer 对象发送二进制数据。

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// 使用ArrayBuffer发送canvas图像数据   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];   }   connection.send(binary.buffer); // 使用Blob发送文件 var file = document.querySelector(‘input[type=”file”]').files[0]; connection.send(file);

客户端收到服务器发送的数据，会触发message事件。可以通过定义message事件的回调函数，来处理服务端返回的数据。

connection.onmessage = wsMessage;

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function wsMessage (event) { console.log(event.data); }

上面代码的回调函数wsMessage的参数为事件对象event，该对象的data属性包含了服务器返回的数据。

如果接收的是二进制数据，需要将连接对象的格式设为blob或arraybuffer。

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connection.binaryType = 'arraybuffer';   connection.onmessage = function(e) {  console.log(e.data.byteLength); // ArrayBuffer对象有byteLength属性 };

处理错误

如果出现错误，浏览器会触发WebSocket实例对象的error事件。

connection.onerror = wsError;

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function wsError(event) { console.log(“Error: “ + event.data); }

服务器端

服务器端需要单独部署处理WebSocket的代码。下面用node.js搭建一个服务器环境。

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var http = require('http');   var server = http.createServer(function(request, response) {});

假设监听1740端口。

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server.listen(1740, function() {    console.log((new Date()) + ' Server is listening on port 1740');   });

接着启动WebSocket服务器。这需要加载websocket库，如果没有安装，可以先使用npm命令安装。

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var WebSocketServer = require('websocket').server;   var wsServer = new WebSocketServer({    httpServer: server   });

WebSocket服务器建立request事件的回调函数。

var connection;
wsServer.on(‘request', function(req){

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1 2	connection = req.accept(‘echo-protocol', req.origin); });

上面代码的回调函数接受一个参数req，表示request请求对象。然后，在回调函数内部，建立WebSocket连接connection。接着，就要对connection的message事件指定回调函数。

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wsServer.on(‘request', function(r){    connection = req.accept(‘echo-protocol', req.origin);

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<span class="nx">connection</span><span class="p">.</span><span class="nx">on</span><span class="p">(</span><span class="s1">'message'</span><span class="p">,</span> <span class="kd">function</span><span class="p">(</span><span class="nx">message</span><span class="p">)</span> <span class="p">{</span>  <span class="kd">var</span> <span class="nx">msgString</span> <span class="o">=</span> <span class="nx">message</span><span class="p">.</span><span class="nx">utf8Data</span><span class="p">;</span>  <span class="nx">connection</span><span class="p">.</span><span class="nx">sendUTF</span><span class="p">(</span><span class="nx">msgString</span><span class="p">);</span> <span class="p">});</span> });

最后，监听用户的disconnect事件。

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connection.on('close', function(reasonCode, description) {    console.log(connection.remoteAddress + ' disconnected.');   });

使用ws模块，部署一个简单的WebSocket服务器非常容易。

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var WebSocketServer = require('ws').Server; var wss = new WebSocketServer({ port: 8080 });   wss.on('connection', function connection(ws) {  ws.on('message', function incoming(message) {  console.log('received: %s', message);  });    ws.send('something'); });

Socket.io简介

Socket.io是目前最流行的WebSocket实现，包括服务器和客户端两个部分。它不仅简化了接口，使得操作更容易，而且对于那些不支持WebSocket的浏览器，会自动降为Ajax连接，最大限度地保证了兼容性。它的目标是统一通信机制，使得所有浏览器和移动设备都可以进行实时通信。

第一步，在服务器端的项目根目录下，安装socket.io模块。

$ npm install socket.io

第二步，在根目录下建立app.js，并写入以下代码（假定使用了Express框架）。

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var app = require('express')(); var server = require('http').createServer(app); var io = require('socket.io').listen(server);   server.listen(80);   app.get('/', function (req, res) {  res.sendfile(__dirname + '/index.html'); });

上面代码表示，先建立并运行HTTP服务器。Socket.io的运行建立在HTTP服务器之上。

第三步，将Socket.io插入客户端网页。

<script src="/socket.io/socket.io.js"></script>

然后，在客户端脚本中，建立WebSocket连接。

var socket = io.connect('http://localhost:80');

由于本例假定WebSocket主机与客户端是同一台机器，所以connect方法的参数是http://localhost。接着，指定news事件（即服务器端发送news）的回调函数。

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socket.on('news', function (data){  console.log(data); });

最后，用emit方法向服务器端发送信号，触发服务器端的anotherNews事件。

socket.emit('anotherNews');

请注意，emit方法可以取代Ajax请求，而on方法指定的回调函数，也等同于Ajax的回调函数。
第四步，在服务器端的app.js，加入以下代码。

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io.sockets.on('connection', function (socket) {  socket.emit('news', { hello: 'world' });  socket.on('anotherNews', function (data) {  console.log(data);  }); });

上面代码的io.sockets.on方法指定connection事件（WebSocket连接建立）的回调函数。在回调函数中，用emit方法向客户端发送数据，触发客户端的news事件。然后，再用on方法指定服务器端anotherNews事件的回调函数。

不管是服务器还是客户端，socket.io提供两个核心方法：emit方法用于发送消息，on方法用于监听对方发送的消息。