WebSocket (二）

WebSocket客户端与服务器交互详解

最新推荐文章于 2024-08-27 19:45:41 发布

原创最新推荐文章于 2024-08-27 19:45:41 发布 · 1k 阅读

0 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#WebSocket

WebSocket 专栏收录该内容

2 篇文章

订阅专栏

本文详细介绍了WebSocket的客户端JavaScript接口及其使用方法，并探讨了服务器端的握手过程及数据收发实现。

在上一篇中简单介绍了WebSocket 的协议我，而这篇文章主要是介绍一下浏览器提供了API，以及如何在客户端通过 javascript 来调用 webSocket API ，而服务器端是要自己实现

WebSocket JavaScript 接口定义:

[Constructor(in DOMString url, optional in DOMString protocol)]
interface WebSocket {
  readonly attribute DOMString URL;
   // ready state
   const unsigned short CONNECTING = 0;
   const unsigned short OPEN = 1;
   const unsigned short CLOSED = 2;
  readonly attribute unsigned short readyState;
  readonly attribute unsigned long bufferedAmount;

   // networking
   attribute Function onopen;
   attribute Function onmessage;
   attribute Function onclose;
   boolean send(in DOMString data);
   void close();
};
 WebSocket implements EventTarget;

简单了解下接口方法和属性：

readyState表示连接有四种状态：
CONNECTING (0)：表示还没建立连接；
OPEN (1)： 已经建立连接，可以进行通讯；
CLOSING (2)：通过关闭握手，正在关闭连接；
CLOSED (3)：连接已经关闭或无法打开；
 url是代表 WebSocket 服务器的网络地址，协议通常是”ws”或“wss(加密通信)”,send 方法就是发送数据到服务器端；
close 方法就是关闭连接；
 onopen连接建立，即握手成功触发的事件；
 onmessage收到服务器消息时触发的事件；
 onerror异常触发的事件；
 onclose关闭连接触发的事件；

JavaScript调用浏览器接口实例如下：

var wsServer = 'ws://192.168.1.107:8181/Demo'; //服务器地址
var websocket = new WebSocket(wsServer); //创建WebSocket对象
websocket.send("hello");//向服务器发送消息
alert(websocket.readyState);//查看websocket当前状态
websocket.onopen = function (evt) {
//已经建立连接};
websocket.onclose = function (evt) {
//已经关闭连接};
websocket.onmessage = function (evt){	
//收到服务器消息，使用evt.data提取
};websocket.onerror = function (evt) {
//产生异常
};

握手协议的客户端数据已经由浏览器代劳了，服务器端需要我们自己来实现，目前市场上开源的实现也比较多如
Kaazing WebSocket Gateway(一个 Java 实现的 WebSocket Server)；
mod_pywebsocket(一个 Python 实现的 WebSocket Server)；
Netty(一个 Java 实现的网络框架其中包括了对 WebSocket 的支持)；
node.js(一个 Server 端的 JavaScript 框架提供了对 WebSocket 的支持)；
WebSocket4Net(一个.net的服务器端实现)；

其实在目前的.net4.5框架中已经实现了WebSocket，不用官方实现，我们自己来写个简单的。服务器端需要根据协议来握手、接收和发送。
客户端发到服务器的内容:

GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
Origin: http://example.com
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
Sec-WebSocket-Version: 13

从服务器到客户端的内容:

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=
Sec-WebSocket-Protocol: chat

/// <summary>
/// 生成Sec-WebSocket-Accept
/// </summary>
/// <param name="handShakeText">客户端握手信息</param>
/// <returns>Sec-WebSocket-Accept</returns>
private static string GetSecKeyAccetp(byte[] handShakeBytes,int bytesLength)
{
    string handShakeText = Encoding.UTF8.GetString(handShakeBytes, 0, bytesLength);
    string key = string.Empty;
    Regex r = new Regex(@"Sec\-WebSocket\-Key:(.*?)\r\n");
    Match m = r.Match(handShakeText);
    if (m.Groups.Count != 0)
    {
	key = Regex.Replace(m.Value, @"Sec\-WebSocket\-Key:(.*?)\r\n", "$1").Trim();
    }
    byte[] encryptionString = SHA1.Create().ComputeHash(Encoding.ASCII.GetBytes(key + "258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11"));
    return Convert.ToBase64String(encryptionString);
}

如果握手成功，将会触发客户端的onopen事件。

解析接收的客户端信息

接收到客户端数据解析规则如下：
1byte
1bit: frame-fin，x0表示该message后续还有frame；x1表示是message的最后一个frame

3bit: 分别是frame-rsv1、frame-rsv2和frame-rsv3，通常都是x0

4bit: frame-opcode，x0表示是延续frame；x1表示文本frame；x2表示二进制frame；x3-7保留
给非控制frame；x8表示关闭连接；x9表示ping；xA表示pong；xB-F保留给控制frame

2byte
1bit: Mask，1表示该frame包含掩码；0，表示无掩码

7bit、7bit+2byte、7bit+8byte: 7bit取整数值，若在0-125之间，则是负载数据长度；若是126表示，后两个byte取无符号16位整数值，是负载长度；127表示后8个 byte，取64位无符号整数值，是负载长度

3-6byte: 这里假定负载长度在0-125之间，并且Mask为1，则这4个byte是掩码

7-end byte: 长度是上面取出的负载长度，包括扩展数据和应用数据两部分，通常没有扩展数据；若Mask为1，则此数据需要解码，解码规则为1-4byte掩码循环和数据byte做异或操作。

解析代码如下，但没有处理多帧和不包含掩码的包：

/// <summary>
/// 解析客户端数据包
/// </summary>
/// <param name="recBytes">服务器接收的数据包</param>
/// <param name="recByteLength">有效数据长度</param>
/// <returns></returns>
private static string AnalyticData(byte[] recBytes, int recByteLength)
{
    if (recByteLength < 2) { return string.Empty; }

    bool fin = (recBytes[0] & 0x80) == 0x80; // 1bit，1表示最后一帧
    if (!fin){
	return string.Empty;// 超过一帧暂不处理
    }

    bool mask_flag = (recBytes[1] & 0x80) == 0x80; // 是否包含掩码
    if (!mask_flag){
	return string.Empty;// 不包含掩码的暂不处理
    }

    int payload_len = recBytes[1] & 0x7F; // 数据长度

    byte[] masks = new byte[4];
    byte[] payload_data;

   if (payload_len == 126){
	Array.Copy(recBytes, 4, masks, 0, 4);
	payload_len = (UInt16)(recBytes[2] << 8 | recBytes[3]);
	payload_data = new byte[payload_len];
	Array.Copy(recBytes, 8, payload_data, 0, payload_len);

    }else if (payload_len == 127){
	Array.Copy(recBytes, 10, masks, 0, 4);
	byte[] uInt64Bytes = new byte[8];
	for (int i = 0; i < 8; i++){
	    uInt64Bytes[i] = recBytes[9 - i];
	}
	UInt64 len = BitConverter.ToUInt64(uInt64Bytes, 0);

	payload_data = new byte[len];
	for (UInt64 i = 0; i < len; i++){
	    payload_data[i] = recBytes[i + 14];
	}
    }else{
	Array.Copy(recBytes, 2, masks, 0, 4);
	payload_data = new byte[payload_len];
	Array.Copy(recBytes, 6, payload_data, 0, payload_len);
    }

    for (var i = 0; i < payload_len; i++){
	payload_data[i] = (byte)(payload_data[i] ^ masks[i % 4]);
    }

    return Encoding.UTF8.GetString(payload_data);
}

发送数据至客户端

服务器发送的数据以0x81开头，紧接发送内容的长度（若长度在0-125，则1个byte表示长度；若长度不超过0xFFFF，则后2个byte 作为无符号16位整数表示长度；若超过0xFFFF，则后8个byte作为无符号64位整数表示长度），最后是内容的byte数组。

/// <summary>
/// 打包服务器数据
/// </summary>
/// <param name="message">数据</param>
/// <returns>数据包</returns>
private static byte[] PackData(string message)
{
    byte[] contentBytes = null;
    byte[] temp = Encoding.UTF8.GetBytes(message);

    if (temp.Length < 126){
	contentBytes = new byte[temp.Length + 2];
	contentBytes[0] = 0x81;
	contentBytes[1] = (byte)temp.Length;
	Array.Copy(temp, 0, contentBytes, 2, temp.Length);
   }else if (temp.Length < 0xFFFF){
	contentBytes = new byte[temp.Length + 4];
	contentBytes[0] = 0x81;
	contentBytes[1] = 126;
	contentBytes[2] = (byte)(temp.Length & 0xFF);
	contentBytes[3] = (byte)(temp.Length >> 8 & 0xFF);
	Array.Copy(temp, 0, contentBytes, 4, temp.Length);
    }else{
	// 暂不处理超长内容
   }

    return contentBytes;
}