基于SignalR的消息推送与二维码描登录实现

1 概要说明

使用微信扫描登录相信大家都不会陌生吧，二维码与手机结合产生了不同应用场景，基于二维码的应用更是比较广泛。为了满足ios、android客户端与web短信平台的结合，特开发了基于SinglarR消息推送机制的扫描登录。本系统涉及到以下知识点：

    SignalR：http://signalr.net/ 这官网，ASP.NET SignalR 是为 ASP.NET 开发人员提供的一个库，可以简化开发人员将实时 Web 功能添加到应用程序的过程。实时 Web 功能是指这样一种功能：当所连接的客户端变得可用时服务器代码可以立即向其推送内容，而不是让服务器等待客户端请求新的数据。

    二维码：使用的QRCode类库，https://github.com/jeromeetienne/jquery-qrcode

MVC5：开发环境是基于MVC5

2、系统关系图

在实现本功能前，有点不是太确定能否拿下。

所谓万事开头难，通过查询想资料及自己归纳分析：系统涉及到手机客户端、浏览者、服务端，实现扫描登录也就是三者之间是如何协调工作的。通过axure画出如下关系图：

移动客户端、浏览者、服务端三者协作关系图

【M】：表示移动端   【B】：表示浏览者（浏览器客户端）  【S】：服务端，消息推送者及扫描认证接口发布者

步骤说明：

Step（步骤）1  ，【B】浏览登录页面，Step2【S】产生一个标识符UUID，并推送给B，生成登录二维码；

Step3，【M】扫描二维码，前提条件是【M】已登录，Step4【M】解析二维码信息获取UUID；

Step5，【M】向服务端发送UUID+登录信息，Step6【S】对UUID+登录信息进行相关解析认证，Step6 UUID认证，不通过认证，则到Step6-1 重新生成UUID循环Step 2与并Step6-2 返回给【M】UUID认证失败原因，Step6 通过认证，Step6-2转到登录信息认证，Step 7登录信息认证，失败Step7-3重新生成UUID循环Step 2，成功则Step7-1推送给【B】跳转到首页。

3、SignalR循环消息推送

3.1 引用SignalR

由于本人用的是VS15Preview4，可以直接使用Nuget可视化管理工具进行安装：Tools—>Nuget Package Manager—>Manage Nuget Packages for Solution…，打开以下界面：

在Browser 标签下输入SignalR，查询到Microsoft.AspNet.SignalR

找到对应的项目，点击“Install”安装按钮即可引用相关类库，同时应用下载相关js库。

关于SignalR的知识点，可以到官网 http://www.asp.net/signalr 进行深入学习。

3.2 服务端SignalR实现

服务端要向客户端推送UUID，对于UUID唯一标识符，具有重要特性：（1）有时间限制，120秒之内扫码有效；（2）具有一定的状态。对应的声明周期就是：生成—>推送—>状态判断—>手机端扫描—>验证UUID—>状态判断—>销毁等系列过程。

服务端的核心代码将单独建立一个项目去实现：

3.2.1 Nofifier.cs通知类

本类将连接QRCodeHub与SessionTimer

using Microsoft.AspNet.SignalR;

namespace TxSms.SingalR
{
    public static class Notifier
    {
        private static readonly IHubContext Context = GlobalHost.ConnectionManager.GetHubContext<QRCodeHub>();

        public static void SessionTimeOut(string connectionId, int time)
        {
            Context.Clients.Client(connectionId).alertClient(time);
        }

        public static void SendElapsedTime(string connectionId, int time)
        {
            Context.Clients.Client(connectionId).sendElapsedTime(time);
        }

        public static void SendQRCodeUUID(string connectionId, string uuid)
        {
            Context.Clients.Client(connectionId).sendQRCodeUUID(uuid);
        }
    }
}

3.2.2 QRCodeHub.cs SignalR核心实现

SignalR的核心代码：

using Microsoft.AspNet.SignalR;
using System.Threading.Tasks;

namespace TxSms.SingalR
{
    /// <summary>
    /// 二维码推送
    /// </summary>
    //[HubName("qrcode")]
    public class QRCodeHub : Hub
    {
        /// <summary>
        /// 给客户端发送时间间隔
        /// </summary>
        /// <param name="time"></param>
        public void SendTimeOutNotice(int time)
        {
            Clients.Client(Context.ConnectionId).alertClient(time);
        }

        public void CheckElapsedTime(int time)
        {
            Clients.Client(Context.ConnectionId).sendElapsedTime(time);
        }

        /// <summary>
        /// 发送二维码UUID内容
        /// </summary>
        /// <param name="uuid"></param>
        public void SendQRCodeUUID(string uuid)
        {
            Clients.Client(Context.ConnectionId).sendQRCodeUUID(uuid);
        }

        /// <summary>
        /// Called when the connection connects to this hub instance.
        /// </summary>
        /// <returns>A <see cref="T:System.Threading.Tasks.Task" /></returns>
        public override Task OnConnected()
        {
            SessionTimer.StartTimer(Context.ConnectionId);
            return base.OnConnected();
        }

        /// <summary>
        /// Called when a connection disconnects from this hub gracefully or due to a timeout.
        /// </summary>
        /// <param name="stopCalled">
        /// true, if stop was called on the client closing the connection gracefully;
        /// false, if the connection has been lost for longer than the
        /// <see cref="P:Microsoft.AspNet.SignalR.Configuration.IConfigurationManager.DisconnectTimeout" />.
        /// Timeouts can be caused by clients reconnecting to another SignalR server in scaleout.
        /// </param>
        /// <returns>A <see cref="T:System.Threading.Tasks.Task" /></returns>
        public override Task OnDisconnected(bool stopCalled)
        {
            SessionTimer.StopTimer(Context.ConnectionId);
            return base.OnDisconnected(stopCalled);
        }

        /// <summary>
        /// Called when the connection reconnects to this hub instance.
        /// </summary>
        /// <returns>A <see cref="T:System.Threading.Tasks.Task" /></returns>
        public override Task OnReconnected()
        {
            if (!SessionTimer.Timers.ContainsKey(Context.ConnectionId))
            {
                SessionTimer.StartTimer(Context.ConnectionId);
            }
            return base.OnReconnected();
        }

        /// <summary>
        /// 重置时钟
        /// </summary>
        public void ResetTimer()
        {
            SessionTimer timer;
            if (SessionTimer.Timers.TryGetValue(Context.ConnectionId, out timer))
            {
                timer.ResetTimer();
            }
            else
            {
                SessionTimer.StartTimer(Context.ConnectionId);
            }
        }

        /// <summary>
        /// 发送普通消息
        /// </summary>
        /// <param name="name"></param>
        /// <param name="message"></param>
        public void Send(string name, string message)
        {
            Clients.All.addNewMessageToPage(name, message);
        }
    }
}

3.2.3 SessionTimer.cs 对应客户端时钟

对【B】来说，产生一个独立的timer，进行按1s间隔发送消息。

using System;
using System.Collections.Concurrent;
using System.Timers;

namespace TxSms.SingalR
{
    public class SessionTimer : IDisposable
    {
        /// <summary>
        /// 存储客户端对应的Timer
        /// </summary>
        public static readonly ConcurrentDictionary<string, SessionTimer> Timers;

        private readonly Timer _timer;

        static SessionTimer()
        {
            Timers = new ConcurrentDictionary<string, SessionTimer>();
        }

        /// <summary>
        /// 构造函数
        /// </summary>
        /// <param name="connectionId"></param>
        private SessionTimer(string connectionId)
        {
            ConnectionId = connectionId;
            _timer = new Timer
            {
                Interval = Utility.ActivityTimerInterval()
            };
            _timer.Elapsed += (s, e) => MonitorElapsedTime();
            _timer.Start();
        }

        public int TimeCount { get; set; }

        /// <summary>
        /// 客户端连接Id
        /// </summary>
        public string ConnectionId { get; set; }

        /// <summary>
        /// 启动Timer
        /// </summary>
        /// <param name="connectionId"></param>
        public static void StartTimer(string connectionId)
        {
            var newTimer = new SessionTimer(connectionId);
            if (!Timers.TryAdd(connectionId, newTimer))
            {
                newTimer.Dispose();
            }
        }

        /// <summary>
        /// 停止Timer
        /// </summary>
        /// <param name="connectionId"></param>
        public static void StopTimer(string connectionId)
        {
            SessionTimer oldTimer;
            if (Timers.TryRemove(connectionId, out oldTimer))
            {
                oldTimer.Dispose();
            }
        }

        /// <summary>
        /// 重置Timer
        /// </summary>
        public void ResetTimer()
        {
            TimeCount = ;
            _timer.Stop();
            _timer.Start();
        }

        public void Dispose()
        {
            // Stop might not be necessary since we call Dispose
            _timer.Stop();
            _timer.Dispose();
        }

        /// <summary>
        /// 给客户端发送消息
        /// </summary>
        private void MonitorElapsedTime()
        {
            Utility.ClearExpiredUUID();
            var uuid = Utility.GetUUID(ConnectionId);
            //if (TimeCount >= Utility.TimerValue())
            //{
            //    StopTimer(ConnectionId);
            //    Notifier.SendQRCodeUUID(ConnectionId, uuid);
            //    Notifier.SessionTimeOut(ConnectionId, TimeCount);
            //}
            //else
            //{
            Notifier.SendQRCodeUUID(ConnectionId, uuid);
            Notifier.SendElapsedTime(ConnectionId, TimeCount);
            //}
            TimeCount++;
            if (TimeCount > )
            {
                TimeCount = ;
            }
        }
    }
}

3.2.4 Utility.cs 基础配置

满足时钟、获取QRCode等

using TxSms.Actions;

namespace TxSms.SingalR
{
    internal class Utility
    {
        public static int IntNum = ;

        /// <summary>
        /// 时间间隔
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public static int TimerValue()
        {
            return ;
        }

        public static double ActivityTimerInterval()
        {
            return 1000.0;
        }

        /// <summary>
        /// 获取当前UUID
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public static string GetUUID(string connectionId)
        {
            try
            {
                var model = new QRCodeAction().GetValidModel(connectionId);
                return model.ToJson(connectionId);
            }
            catch
            {
                return "ERROR";
            }
        }

        /// <summary>
        /// 删除过期UUID
        /// </summary>
        public static void ClearExpiredUUID()
        {
            IntNum++;
            if (IntNum <= ) return;
            new QRCodeAction().ClearExpiredUUID();
            IntNum = ;
        }
    }
}

3.2.5 SignalR在MVC中启动配置

在MVC中，启动项目进行如下配置：

using Microsoft.Owin;
using Owin;

[assembly: OwinStartup(typeof(TxSms.Web.Startup))]

namespace TxSms.Web
{
    public partial class Startup
    {
        public void Configuration(IAppBuilder app)
        {
            //启动SignalR
            app.MapSignalR();
            ConfigureAuth(app);
        }
    }
}

3.2.6 其他类库说明

QRCodeAction.cs：维护UUID，创建、保存、状态更改、删除等。

QRModel.cs：UUID实体

所有文件，可在《7、总结与下载》中下载。

3.3 客户端SignalR实现

添加SignalR js库：

    <script type="text/javascript" src="~/Scripts/jquery.signalR-2.2.1.min.js"></script>
    <script type="text/javascript" src="~/signalr/hubs"></script

两者必须都引用。

调用接口如下：

        var codeUUID = "";
        $(function () {
            // Reference the auto-generated proxy for the hub.
            var qrcode = $.connection.qRCodeHub;
            // Create a function that the hub can call back to display messages.
            qrcode.client.addNewMessageToPage = function (name, message) {
                // Add the message to the page.
                console.log(message);
                //jQuery('#divQRCode').qrcode({ width: 180, height: 180, correctLevel: 0, text: message });
            };
            qrcode.client.sendElapsedTime = function (time) {
                console.log(time);
            };
            qrcode.client.sendQRCodeUUID = function (uuid) {
                console.log("sendQRCodeUUID");
                console.log(codeUUID);
                if (codeUUID === uuid) {
                    return;
                }
                codeUUID = uuid;
                if (codeUUID !== "ERROR") {
                    var jsonUUID = $.parseJSON(codeUUID);
                    if (jsonUUID.islogin === 1) { //判断是否登录
                        window.location.href = "/Home/Index/@Model.Name";
                    }
                }
                $("#divQRCode").html("");
                $('#divQRCode').qrcode({ width: 180, height: 180, correctLevel: 0, text: codeUUID });
            };
            // Start the connection.
            $.connection.hub.start().done(function () {
                //qrcode.server.updateConnectionId($.connection.hub.id);
                qrcode.server.send("qrcode", Math.random());
            });
        });

以上代码包括相关二维码的生成。

4、二维码的生成与存储数据解析

4.1 二维码的生成

二维码类库选择https://github.com/jeromeetienne/jquery-qrcode 一个QRCode原生态js类库，jquery对其进行了扩展。

添加script标签：

    <script type="text/javascript" src="~/Scripts/qrcode.min.js"></script>
    <script type="text/javascript" src="~/Scripts/jquery.qrcode.min.js"></script>

定义div标签，用来呈现二维码：

                        <!--二维码登录开始-->
                                        <div class="ewmcode_login" id="ewmcode_login">
                                            <div class="codeText">安全登录 防止被盗</div>
                                            <div id="divQRCode" class="codebox" style="background:none;"></div>
                                            <div class="coderemindText">扫一扫登录</div>
                                        </div>
                        <!--二维码登录结束-->

呈现二维码：

                $("#divQRCode").html("");
                $('#divQRCode').qrcode({ width: 180, height: 180, correctLevel: 0, text: codeUUID });

通过3与4，可实现具有180秒生命周期二维码的生成，对于不同的浏览者，生成的二维码是不同的，效果如下：

4.2 二维码存储的是什么

二维码生成了，但是存储的是什么呢？首先我们看下以下的二维：

hbuilder官网	千牛电脑客户端二维码登录界面

显然，扫描这两个图片上的二维码会得到不同的结果。对某些二维码的解码要对应配套的客户端才能起到作用，否则用其他工具解析出来也就是字符串。

在本系统中，二维码存储的是一个json对象，格式为：

{"connectionid":"19c12e95-26d7-410c-8292-2a3afdd1a4da","uuid":"a04702df-6a52-4e1c-be8b-9b3dbeef4d72","islogin":0,"isvalid":1}
connectionid：客户端与SignalR联系的id，其格式为Guid

• uuid：对应connectionid产生的一个唯一标识符，其格式为Guid
• islogin：当前connectionid连接是否已登录，1—>表示登录，0—>未登录
• isvalid：当前connectionid对应的uuid是否有效，1—>表示有效，0—>表示失效

手机客户端扫描之后，可根据这些参数情况进行判断，是否向服务端发送请求。在做扫描应用（比如扫描登录）时，要依据业务场景进行消息传递，生成对应二维码，并不局限于json对象、url地址等。

总结下来，二维码应用场景，如下图：

5、扫描认证接口

为了满足【M】端扫描之后，提交UUID+用户信息进行认证，建立QRCode API接口。接口任务比较简单，就是对UUID合法性进行判断，然后判断用户信息登录情况，更改UUID的登录状态。

5.1 输入参数

using Abp.Application.Services.Dto;
using System;
using System.ComponentModel.DataAnnotations;

namespace TxSms.Inputs
{
    /// <summary>
    /// 二维码登录认证
    /// </summary>
    [Serializable]
    public class QRCodeVerifyInput : IInputDto
    {
        /// <summary>
        /// 构造函数
        /// </summary>
        public QRCodeVerifyInput()
        {
            ConnectionId = Guid.Empty.ToString();
            UUID = Guid.Empty;
            UserName = Password = "";
        }

        /// <summary>
        /// 当前回话ID
        /// </summary>
        [DisplayFormat(ConvertEmptyStringToNull = false)]
        public string ConnectionId { get; set; }

        /// <summary>
        /// 唯一标识符号
        /// </summary>
        public Guid UUID { get; set; }

        /// <summary>
        /// 用户账号
        /// </summary>
        [DisplayFormat(ConvertEmptyStringToNull = false)]
        public string UserName { get; set; }

        /// <summary>
        /// 登录密码
        /// </summary>
        [DisplayFormat(ConvertEmptyStringToNull = false)]
        public string Password { get; set; }

        /// <summary>
        /// 平台
        /// </summary>
        [DisplayFormat(ConvertEmptyStringToNull = false)]
        public string Platform { get; set; }
    }
}

5.2 输出参数

using Abp.Application.Services.Dto;
using Newtonsoft.Json;
using System.ComponentModel.DataAnnotations;
using System.Web.Mvc;
using TxSms.MVC;

namespace TxSms.Outputs
{
    /// <summary>
    /// 输出基类
    /// </summary>
    [ModelBinder(typeof(EmptyStringModelBinder))]
    public class TxSmsOutputDto : IOutputDto
    {
        /// <summary>
        /// 构造函数
        /// </summary>
        public TxSmsOutputDto()
        {
            Result = ; //默认为0，表示初始值或正确
            Message = "";
        }

        /// <summary>
        /// 错误代码
        /// </summary>
        [JsonProperty("Result")]
        public int Result { get; set; }

        /// <summary>
        /// 错误信息
        /// </summary>
        [DisplayFormat(ConvertEmptyStringToNull = false)]
        [JsonProperty("Message")]
        public string Message { get; set; }
    }
}

5.3 API接口

using System;
using System.Threading.Tasks;
using System.Web.Http;
using TxSms.Actions;
using TxSms.Inputs;
using TxSms.Outputs;

namespace TxSms
{
    /// <summary>
    /// 二维码接口
    /// </summary>
    public class QRCodeController : TxSmsApiController
    {
        /// <summary>
        /// 二维码登录认证
        /// </summary>
        /// <returns>
        /// 0:登录成功；-1:参数错误 -2:ConnectionId、UUID、UserName、Password不允许为空-3:ConnectionId回话id不存在-4:UUID输入错误-5:UUID已过期
        /// -6:本UUID已登录-7:登录账号已停用-8:登录账号已删除-9:登录密码输入错误-10:登录账号不存在
        /// </returns>
        [AllowAnonymous]
        [HttpPost]
        public async Task<TxSmsOutputDto> QRCodeVerify([FromBody]QRCodeVerifyInput model)
        {
            TxSmsOutputDto result = new TxSmsOutputDto();

            #region 参数验证

            if (model.IsNull())
            {
                result.Result = -;
                result.Message = "参数错误";
                return result;
            }
            if (model.ConnectionId.IsNullOrEmpty() || model.UUID.Equals(Guid.Empty) || model.UserName.IsNullOrEmpty() || model.Password.IsNullOrEmpty())
            {
                result.Result = -;
                result.Message = "ConnectionId、UUID、UserName、Password不允许为空";
                return result;
            }

            #endregion 参数验证

            #region 有效性判断

            //验证ConnectionId合法性
            if (QRCodeAction.QRCodeLists.ContainsKey(model.ConnectionId))
            {
                result.Result = -;
                result.Message = "ConnectionId回话id不存在";
                return result;
            }
            //验证UUID有效性
            var findCode = QRCodeAction.QRCodeLists[model.ConnectionId];
            if (!model.UUID.Equals(findCode.UUID))
            {
                result.Result = -;
                result.Message = "UUID输入错误";
                return result;
            }
            if (!findCode.IsValid())
            {
                result.Result = -;
                result.Message = "UUID已过期";
                return result;
            }
            if (findCode.IsLogin)
            {
                result.Result = -;
                result.Message = "本UUID已登录";
                return result;
            }

            #endregion 有效性判断

            LoginUserNameInput loginParam = new LoginUserNameInput
            {
                UserName = model.UserName,
                Password = model.Password,
                Platform = model.Platform
            };
            LoginOutput loginResult = await new SessionController().LoginUserName(loginParam);
            switch (loginResult.Result)
            {
                case -:
                    result.Result = -;
                    result.Message = "登录账号已停用";
                    break;

                case -:
                    result.Result = -;
                    result.Message = "登录账号已删除";
                    break;

                case -:
                    result.Result = -;
                    result.Message = "登录密码输入错误";
                    break;

                case -:
                    result.Result = -;
                    result.Message = "登录账号不存在";
                    break;
            }
            if (loginResult.Result > ) //登录成功，值为AccId
            {
                result.Result = ;
                findCode.IsLogin = true; //更改登录状态
                result.Message = "成功登录";
            }
            return result;
        }
    }
}

6、疑难解答

6.1 #16解答

二维码中可以加入图片吗？
文中二维码 有个图片上面有 M 字母是怎么处理的？

第一个问题：是把存储图片信息存储到二维码中，手机扫码可以识别吧？这个问题涉及到二维码的存储容量，理论上如果二维码的存储容量足够大，可把图片序列化成01的字符进行存储，扫描就可以识别。但二维码有不同的标准，不同标准下数据容量是不同的。建议不要存储图片，详情可查看知乎，了解一下：http://www.zhihu.com/question/20387257

M字母是一个图片，来自http://www.dcloud.io/，只需要把想放的图放到已生成的二维码中间即可，但图片不宜过大，调试一下，用手机识别一下。有兴趣的朋友可以查看草榴二维码：http://cli.im/

6.2 #17解答

疑问： 输入参数有 用户名和密码，那个是每次都需要用户输入的？还是通过扫描二维码获得的？ 还是哪种方式来给 输入参数的用户名和密码赋值的。
我想了解楼主是按哪种方式实现的呢？

首先要理解一下扫描登录的流程，【M】扫描二维码只获取相关【B】的唯一标识符信息，扫码之后，【M】（前提是【M】必须已经登录成功）发送用户名\密码\UUID到【S】进行一系列的验证；为了提高安全性，在【M】提交数据时，对密码进行md5时间戳加密。

6.3 #23解答

可以这样不 在手机端随机生成码 加密存在手机上并上传服务器 后端生成带有该码加时间的二维码 网页扫的时候对比登陆

要实现扫描登录，弄懂一个问题：为什么扫描二维码之后，提交给服务器的数据就是当前页面所需的呢？在本项目中，是通过SignalR的固有通信connectionid来确认的。你所说的流程应该如下：

在本流程图中，比方案中的步骤延长了；在Step2中，会出现问题，如何将【M】推送过来的UUID推送到你看到的【B】端？显然缺少纽带。本方法是不可行的。

7、总结与下载

二维码应用比较广泛，记得去北京的故宫旁边的中山公园，里面的古树也有二维码，扫描可查看相关联信息。紧紧对于二维码而言就是存储有限信息，但就是这有限的信息，可以将庞大的信息系统连接一起，所用的应用不是前沿技术的突破，而是我们思考问题方式的转变、思维角度的变化。由于二维码具有信息存储的独特性，可在以下方面应用：

• 信息获取（名片、地图、WIFI密码、资料）
• 网站跳转（跳转到微博、手机网站、网站）
• 广告推送（用户扫码，直接浏览商家推送的视频、音频广告）
• 手机电商（用户扫码、手机直接购物下单）
• 防伪溯源（用户扫码、即可查看生产地；同时后台可以获取最终消费地)
• 优惠促销（用户扫码，下载电子优惠券，抽奖）
• 会员管理（用户手机上获取电子会员信息、VIP服务）
• 手机支付（扫描商品二维码，通过银行或第三方支付提供的手机端通道完成支付）

由于最近在做短信业务平台，将二维码应用到营销管理中，每个业务人员具有独立的推广二维码，客户扫码可进行短信测试，若注册成为会员则就是本业务人员的直属客户，可查看《二维码在短信业务应用的初步构思》。

最后，上传《基于SignalR的消息推送与二维码描登录实现》主要文件下载：http://files.cnblogs.com/files/zsy/signalr%E4%B8%8Eqrcode.rar