第六章 设计程序架构 之 设计实现WebSocket策略

1. 概述

　　传统网页的通信方式是请求-响应模式，每次请求-响应都是新的连接。连接的建立和断开也是需要消耗资源的。

　　WebSocket是基于TCP协议，实现单个连接上的双向通信。

　　本章内容包括： 异步读写字符串和二进制数据、选择连接丢失策略、何时使用WebSocket。

2. 主要内容

　　2.1 异步读写字符串和二进制数据

　　　　* HTTP polling 是传统的使用一系列AJAX请求来实现客户端服务端长久连接（表面上看起来是长久连接）的方式。

　　　　* HTTP long polling 是客户端使用AJAX请求服务端时用到的一种服务端技术。是通过阻塞进入的请求，直到当前请求操作完成 来实现的。在HTTP中，这不是一种好的方式，因为HTTP的请求响应模式不是为这种情形设计的。而且这也不是一种可靠的方式，可能会发生连接中断的情况。

　　　　* WebSockets是一种新的支持双工通信的技术。WebSockets使用一种特殊连接取代了客户端/服务器模式的通信协议。

　　　　* 使用WebSockets是要考虑不支持HTML5的情况。使用  System.Web.HttpBrowserCapabilities 可以检测。

　　　　* 基于WebSockets的通信一般包括三个步骤：

　　　　  ① 通过一次握手在客户端和服务端建立连接。

　　　　  ② 请求WebSockets服务端开启通信监听。

　　　　  ③ 传输数据。

　　　　  请求WebSockets时，浏览器首先打开一个到服务端的http连接，然后浏览器发送一个升级版请求(如下)，如该请求被接收并处理，则握手完成。所有通信通过一个TCP Socket连接进行。

WebSocket handshake upgrade request
GET /mychat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: hy6T&Ui8trDRGY5REWe4r5==
Sec-WebSocket-Protocol: chat
Sec-WebSocket-Version: 13
Origin: http://example.com
HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: Ju6Tr4Ewed0p9Uyt6jNbgFD5t6=
Sec-WebSocket-Protocol: chat

　　　　实例： 使用JQuery实现一个客户端WebSockets链接

var socket;
$(document).ready(function () {
    socket = new   WebSocket("ws://localhost:1046/socket/handle");
    socket.addEventListener("open", function (evnt) {
      $("#display").append('connection');}, false);
    socket.addEventListener("message", function (evnt) {
      $("#display ").append(evnt.data);}, false);
    socket.addEventListener("error", function (evnt) {
      $("#display ").append('unexpected error.');}, false);
    ...  

});
Or using straight method calls: 

function connect(){
    try{
   var socket;
   var host = "ws://localhost:8000/socket/server/start";
   var socket = new WebSocket(host);
       message('<p class="event">Socket Status: '+socket.readyState);
       socket.onopen = function(){
            message('<p class="event">Socket Status: '+socket.readyState+' (open)');
       }
       socket.onmessage = function(msg){
            message('<p class="message">Received: '+msg.data);
       }
       socket.onclose = function(){
             message('<p class="event">Socket Status: '+socket.readyState+' (Closed)');
       }
   } catch(exception){
        message('<p>Error'+exception);
   }
}

　　　　* WebSockets协议的建立，需要ASP.NET4.5及IIS8环境。 System.Web.WebSockets下的方法用来支持WebSockets相关的开发。

　　　　* 通过实现HttpContext.Current.AcceptWebSocketRequest(Func<AspNetWebSocketContext, Task>)来支持WebSockets连接。

　　　　下面的C#代码用来管理WebSockets连接

public async Task MyWebSocket(AspNetWebSocketContext context)
 {
        while (true)
        {
           ArraySegment<byte> arraySegment = new ArraySegment<byte>(new byte[]);  

           // open the result.  This is waiting asynchronously
           WebSocketReceiveResult socketResult =
                   await context.WebSocket.ReceiveAsync(arraySegment,
                       CancellationToken.None);  

           // return the message to the client if the socket is still open
           if (context.WebSocket.State == WebSocketState.Open)
           {
                   string message = Encoding.UTF8.GetString(arraySegment.Array, ,
                           socketResult.Count);
                   userMessage = "Your message: " + message + " at " +
                           DateTime.Now.ToString();
                   arraySegment = new
                       ArraySegment<byte>(Encoding.UTF8.GetBytes(message));  

                   // Asynchronously send a message to the client
                   await context.WebSocket.SendAsync(arraySegment,
                       WebSocketMessageType.Text,
                           true, CancellationToken.None);
           }
           else { break; }
        }
}

　　2.2 如何选择连接丢失策略

　　　　使用WebSockets时，要考虑如何处理连接意外关闭的情况。除了OnClose 和 OnError事件外，还需要更完善的处理，比如连接重建。

　　2.3 考虑何时使用WebSockets

　　　　当需要跟服务端进行双工通信时，WebSockets是一个理想方案。

　　　　但是，也不是任何情况使用都是合适的。有些情况使用传统的客户端timer可能要更好一些。因为目前的HTML5还没有完全普及。

　　　　另一种策略是在服务端设置一个开关，可以决定是否使用WebSockets。让服务端决定，可以简化客户端的代码。

　　　　WebSockets不包含HTTP头，但是却以HTTP形式发送请求。这对于很多根据HTTP头来监测请求的地方来说，是一个潜在的威胁。是可能会被阻止的。而且这个阻止不能像浏览器是否支持HTML5那样被检测出来，只能是实际创建连接，发送数据，然后根据返回结果来判断。

3. 总结

　　① Http polling 是一种利用Javascript方法连续请求服务端来获取数据的方式。虽然不是最高效的，但是具有广泛的浏览器支持。(支持Js即可)

　　② Http long polling 是长连接方式，服务端收到请求后会保持连接，直到处理完成返回。然后客户端收到返回并处理完成再进行下一次连接。

　　③ WebSockets是一种在客户端和服务器端提供双工通信的方式。两端可以同时互相通信。客户端通过Http发送一个升级版请求到服务端，服务端收到后就会创建一个WebSockets连接。客户端和服务端都需要写代码来通过socket进行交互。

　　④ WebSockets适用于长时间的双向通信情况。并不是所有情况都适用，尤其是不支持HTML5的情况。