初見websocket技術

這篇文章真的是寫的太好了，花了半個小時的時間去閱讀，想分享給大家。

正文如下：

網際網路發展到現在，早已超越了原始的初衷，人類從來沒有像現在這樣依賴過他；也正是這種依賴，促進了網際網路技術的飛速發展。而終端裝置的創新與發展，更加速了網際網路的進化；

HTTP/1.1規範釋出於1999年，同年12月24日，HTML4.01規範釋出；儘管已到2012年，但HTML4.01仍是主流；雖然HTML5的草案已出現了好幾個年頭，但轉正日期，遙遙無期，少則三五年，多則數十年；而HTML5的客戶代理(對於一般使用者而言，就是瀏覽器)，則已百家爭鳴，星星向榮；再加上移動終端的飛速發展，在大多數情況下，我們都可以保證擁有一個HTML5的執行環境，所以，我們來分享一下HTML5中的WebSocket協議；

本文包含以下六個方面：

1.WebSocket的前世今生

2.WebSocket是什麼

3.為什麼使用WebSocket

4.搭建WebSocket伺服器

5.WebSocket API

6.例項解析

以上六點分為兩大塊，前3點側重理論，主要讓大家明白WebSocket是什麼，而後3點則結合程式碼實戰，加深對WebSocket的認知。

一、WebSocket的前世今生

Web 應用的資訊互動過程通常是客戶端通過瀏覽器發出一個請求，伺服器端接收和稽核完請求後進行處理並返回結果給客戶端，然後客戶端瀏覽器將資訊呈現出來，這種機制對於資訊變化不是特別頻繁的應用尚能相安無事，但是對於那些實時要求比較高的應用來說就顯得捉襟見肘了。我們需要一種高效節能的雙向通訊機制來保證資料的實時傳輸。有web TCP之稱的WebSocket應運而生，給開發人員提供了一把強有力的武器來解決疑難雜症。

(PS：其實，在早期的HTML5規範中，並沒有包含WebSocket的定義，一些早期的HTML5書籍中，完全沒有WebSocket的介紹。直到後來，才加入到當前的草案中。)

二、WebSocket是什麼？

其實，從背景介紹中，我們大致的可以猜出，WebSocket是幹什麼用的。前面我們提到，WebSocket有web TCP之稱，既然是TCP，肯定是用來做通訊的，但是它又有不同的地方，WebSocket作為HTML5中新增的一種通訊協議，由通訊協議和程式設計API組成，它能夠在瀏覽器和伺服器之間建立雙向連線，以基於事件的方式，賦予瀏覽器原生的實時通訊能力，來擴充套件我們的web應用，增加使用者體驗，提升應用的效能。何謂雙向？伺服器端和客戶端可以同時傳送並響應請求，而不再像HTTP的請求和響應。

三、為什麼使用WebSocket

在WebSocket出現之前，我們有一些其它的實時通訊方案，比較常用的有輪詢，長輪詢，流，還有基於Flash的交換資料的方式，接下來，我們一一分析一下，各種通訊方式的特點。

①　輪詢

這是最早的一種實現實時web應用的方案；原理比較簡單易懂，就是客戶端以一定的時間間隔向伺服器傳送請求，以頻繁請求的方式來保持客戶端和伺服器端的資料同步。但是問題也很明顯：當客戶端以固定頻率向伺服器端傳送請求時，伺服器端的資料可能並沒有更新，這樣會帶來很多無謂的請求，浪費頻寬，效率低下。

②　長輪詢

長輪詢是對定時輪詢的改進和提高，目地是為了降低無效的網路傳輸。當伺服器端沒有資料更新的時候，連線會保持一段時間週期直到資料或狀態改變或者時間過期，通過這種機制來減少無效的客戶端和伺服器間的互動。當然，如果服務端的資料變更非常頻繁的話，這種機制和定時輪詢比較起來沒有本質上的效能的提高。

③　流

長輪詢是對定時輪詢的改進和提高，目地是為了降低無效的網路傳輸。當伺服器端沒有資料更新的時候，連線會保持一段時間週期直到資料或狀態改變或者時間過期，通過這種機制來減少無效的客戶端和伺服器間的互動。當然，如果服務端的資料變更非常頻繁的話，這種機制和定時輪詢比較起來沒有本質上的效能的提高。

④　基於Flash的實時通訊方式

Flash有自己的socket實現，這為實時通訊提供了可能。我們可以利用Flash完成資料交換，再利用Flash暴露出相應的介面，方便JavaScript呼叫，來達到實時傳輸資料的目的。這種方式比前面三種方式都要高效，而且應用場景比較廣泛；因為flash本身的安裝率很高；但是在當前的網際網路環境下，移動終端對flash的支援並不好，以IOS為主的系統中根本沒有flash的存在，而在android陣營中，雖然有flash的支援，但實際的使用效果差強人意，即使是配置較高的移動裝置，也很難讓人滿意。就在前幾天(2012年6月底)，Adobe官方宣佈，不在支援android4.1以後的系統，這基本上宣告了flash在移動終端上的死亡。

下面是輪詢和長輪詢的資訊流轉圖：

對比完四種不同的實時通訊方式，不難發現，除了基於flash的方案外，其它三種方式都是用AJAX方式來模擬實時的效果，每次客戶端和伺服器端互動時，都是一次完整的HTTP請求和應答的過程，而每一次的HTTP請求和應答都帶有完整的HTTP頭資訊，這就增加每次的資料傳輸量，而且這些方案中客戶端和服務端的程式設計實現比較複雜。

接下來，我們再來看一下WebSocket，為什麼要使用它呢？高效節能，簡單易用。

下圖是來自websocket.org的測試結果：

在流量和負載增大的情況下，WebSocket 方案相比傳統的 Ajax 輪詢方案有極大的效能優勢；而在開發方面，也十分簡單，我們只需要例項化WebSocket，建立連線，檢視是否連線成功，然後就可以傳送和相應訊息了。我們會在後面的例項中去詳細的說明API。

四、搭建WebSocket伺服器

其實，在伺服器的選擇上很廣，基本上，主流語言都有WebSocket的伺服器端實現，而我們作為前端開發工程師，當然要選擇現在比較火熱的NodeJS作為我們的伺服器端環境了。

NodeJS本身並沒有原生的WebSocket支援，但是有第三方的實現(大家要是有興趣的話，完全可以參考WebSocket協議來做自己的實現)，我們選擇了“ws”作為我們的伺服器端實現。

由於本文的重點是講解WebSocket，所以，對於NodeJS不做過多的介紹，不太熟悉的朋友可以去參考NodeJS入門指南(http://www.nodebeginner.org/index-zh-cn.html)。

安裝好NodeJS之後，我們需要安裝“ws”，也就是我們的WebSocket實現，安裝方法很簡單，在終端或者命令列中輸入：

1
npm install ws

，等待安裝完成就可以了。

接下來，我們需要啟動我們的WebSocket服務。首先，我們需要構建自己的HTTP伺服器，在NodeJS中構建一個簡單的HTTP伺服器很簡單，so easy。程式碼如下：

1
var app = http.createServer( onRequest ).listen( 8888 );

onRequest()作為回撥函式，它的作用是處理請求，然後做出響應，實際上就是根據接收的URL，在伺服器上查詢相應的資源，最終返回給瀏覽器。

在構建了HTTP伺服器後，我們需要啟動WebSocket服務，程式碼如下：

1
var WebSocketServer = require(`ws`).Server;

2
var wss = new WebSocketServer( { server : app } );

從程式碼中可以看出，在初始化WebSocket服務時，把我們剛才構建好的HTTP例項傳遞進去就好。到這裡，我們的服務端程式碼差不多也就編寫完成了。怎麼樣？很簡單吧。

五、WebSocket API

上面我們介紹了WebSocket服務端的知識，接下來，我們需要編寫客戶端程式碼了。在前面我們說過，客戶端的API也是一如既往的簡單：

見上圖：ready state中定義的是socket的狀態，分為connection、open、closing和closed四種狀態，從字面上就可以區分出它們所代表的狀態。

上圖描述的是WebSocket的事件，分為onopen、onerror和onclose；

上圖為訊息的定義，主要是接收和傳送訊息。注意：可以傳送二進位制的資料。

以上個圖的具體的含義就不再一一贅述，詳細描述請參考：

http://www.w3.org/TR/2012/WD-websockets-20120524/

PS：由於WebSocket API（截止到2012年7月）還是草案，API文件和上文所描述的會有所不同，請以官方文件為主，這也是我為什麼不詳細描述API中各個屬性的原因。

另外一點需要提醒大家的是：在前端開發中，瀏覽器相容是必不可少的，而WebSocket在主瀏覽器中的相容還是不錯的，火狐和Chrome不用說，最新版的支援非常不錯，而且支援二進位制資料的傳送和接收。但是IE9並不支援，對於國內的大多數應用場景，WebSocket無法大規模使用。

截圖來自（http://tongji.baidu.com/data/browser），之所以選擇百度的統計資料，是因為更加符合國內的實際情況。圖中所展示的是2012年4月1日到2012年6月30日之間的統計資料，從圖中不難看出IE6.0、奇虎360、IE7.0和IE8.0加起來一共佔據了77%的市場，FireFox屬於其他，chrome只有5.72%的份額，再一次告訴我們，我們的主戰場依然是IE系。

既然是IE系，那麼對於WebSocket在實際app中的應用就基本不可能了。但我們完全可以在chrome、FireFox、以及移動版的IOS瀏覽器中使用它。

六、例項解析

搭建好了服務端，熟悉了API，接下來，我們要開始構建我們的應用了。鑑於WebSocket自身的特點，我們的第一個demo選擇了比較常見的聊天程式，我們暫且取名為chat。

說到聊天，大家最先想到的肯定是QQ，沒錯，我們所實現的應用和QQ類似，而且還是基於web的。因為是demo，我們的功能比較簡陋，僅實現了最簡單的會話功能。就是啟動WebSocket伺服器後，客戶端發起連線，連線成功後，任意客戶端傳送訊息，都會被伺服器廣播給所有已連線的客戶端，包括自己。

既然需要客戶端，我們需要構建一個簡單的html頁面，頁面中樣式和元素，大家可以自由發揮，只要能夠輸入訊息，有傳送按鈕，最後有一個展示訊息的區域即可。具體的樣子大家可以看附件中的demo。

寫玩HTML頁面之後，我們需要新增客戶端指令碼，也就是和WebSocket相關的程式碼；前面我們說過，WebSocket的API本身很簡單，所以，我們的客戶端程式碼也很直接，如下：

1
var wsServer = `ws://localhost:8888/`;

2
var websocket = new WebSocket(wsServer);

3
websocket.binaryType = "arraybuffer";

4
websocket.onopen = onOpen;

5
websocket.onclose = onClose;

6
websocket.onmessage = onMessage;

7
websocket.onerror = onError;

首先，我們需要指定WebSocket的服務地址，也就是var wsServer = ‘ws://localhost:8888/’;

然後，我們例項化WebSocket，new WebSocket(wsServer)，

剩下的就是指定相應的回撥函式了，分別是onOpen，onClose，onMessage和onError，對於我們們的實驗應用來說，onopen、onclose、onerror甚至可以不管，我們們重點關注一下onmessage。

onmessage()這個回撥函式會在客戶端收到訊息時觸發，也就是說，只要伺服器端傳送了訊息，我們就可以通過onmessage拿到傳送的資料，既然拿到了資料，接下去該怎麼玩，就隨便我們了。請看下面的虛擬碼：

1
function onMessage(evt) {

2

var json = JSON.parse(evt.data);

3

commands[json.event](json.data);

4
}

因為onmessage只接收字串和二進位制型別的資料，如果需要傳送json格式的資料，就需要我們轉換一下格式，把字串轉換成JSON格式。只要是支援WebSocket，肯定原生支援window.JSON，所以，我們可以直接使用JSON.parse()和JSON.stringify()來進行轉換。

轉換完成後，我們就得到了我們想要的資料了，接下來所做的工作就是將訊息顯示出來。實際上就是

1
Elements.innerHTML += data + `</br>`;

上面展現了客戶端的程式碼，伺服器端的程式碼相對要簡單一些，因為我們的伺服器端使用的是第三方實現，我們只需要做一些初始化工作，然後在接收到訊息時，將訊息廣播出去即可，下面是具體的程式碼：

01
var app = http.createServer( onRequest ).listen( 8888 );

02
var WebSocketServer = require(`ws`).Server,

03

wss = new WebSocketServer( { server : app } );

04
wss.on(`connection`, function( ws ) {

05

console.log(`connection successful!`);

06

ws.on(`message`, function( data, flags ) {

07

console.log(data);

08

//do something here

09

});

10

ws.on(`close`, function() {

11

console.log(`stopping client`);

12

});

13
});

我們可以通過wss.clients獲得當前已連線的所有客戶端，然後遍歷，得到例項，呼叫send()方法傳送資料；

1
var clients = wss.clients, len = clients.length, i = 0;

2

for( ; i < len; i = i + 1 ){

3

clients[i].send( msg );

4

}

說到這裡，一個雙向通訊的例項基本完成，當然，上面都是虛擬碼，完整的demo請檢視附件。

除了常見的聊天程式以外，大家完全可以發揮創意，構建一些“好玩”的應用；

接下來，分享另外一個應用，“你畫我猜”這個應用，很多人都接觸過，大致上是：某個人在螢幕上畫一些圖形，這些圖片會實時展示在其它人的螢幕上，然後來猜畫的是什麼。

利用WebSocket和canvas，我們可以很輕鬆的構建類似的應用。當然，我們這裡只是demo，並沒有達到產品級的高度，這裡只是為大家提供思路；

首先，我們再次明確一下，WebSocket賦予了我們在瀏覽器端和伺服器進行雙向通訊的能力，這樣，我們可以實時的將資料傳送給伺服器，然後再廣播給所有的客戶端。這和聊天程式的思路是一致的。

接下來，伺服器端的程式碼不用做任何修改，在html頁面中準備一個canvas，作為我們的畫布。如何在canvas上用滑鼠畫圖形呢？我們需要監聽mousedown、mousemove和mouseup三個滑鼠事件。說到這裡，大家應該知道怎麼做了。沒錯，就是在按下滑鼠的時候，記錄當前的座標，移動滑鼠的時候，把座標傳送給伺服器，再由伺服器把座標資料廣播給所有的客戶端，這樣就可以在所有的客戶端上同步繪畫了；最後，mouseup的時候，做一些清理工作就ok了。下面是一些虛擬碼：

01
var WhiteBoard = function( socket, canvasId ){

02

var lastPoint = null,

03

mouseDown = false,

04

canvas = getById(canvasId),

05

ctx = canvas.getContext(`2d`);

06

07

var handleMouseDown = function(event) {

08

mouseDown = true;

09

lastPoint = resolveMousePosition.bind( canvas, event )();

10

};

11

12

var handleMouseUp = function(event) {

13

mouseDown = false;

14

lastPoint = null;

15

};

16

17

var handleMouseMove = function(event) {

18

if (!mouseDown) { return; }

19

var currentPoint = resolveMousePosition.bind( canvas, event )();

20

socket.send(JSON.stringify({

21

event: `draw`,

22

data: {

23

points: [

24

lastPoint.x,

25

lastPoint.y,

26

currentPoint.x,

27

currentPoint.y

28

]

29

}

30

}));

31

32

lastPoint = currentPoint;

33

};        

34

35

var init = function(){

36

addEvent( canvas, `mousedown`, handleMouseDown );

37

addEvent( canvas, `mouseup`, handleMouseUp );

38

addEvent( canvas, `mousemove`, handleMouseMove );

39

40

var img = new Image();

41

addEvent( img, `load`, function(e){

42

canvas.width = img.width;

43

canvas.height = img.height;

44

ctx.drawImage( img, 0, 0 );

45

} );

46

img.src = `/img/diablo3.png`;

47

};

48

49

var drawLine = function(data) {

50

var points = data.points;

51

ctx.strokeStyle = `rgb(255, 15, 255)`;

52

ctx.beginPath();

53

ctx.moveTo( points[0] + 0.5, points[1] + 0.5 );

54

ctx.lineTo( points[2] + 0.5, points[3] + 0.5 );

55

ctx.stroke();

56

};

57

58

function resolveMousePosition(event) {

59

var x, y;

60

if (event.offsetX) {

61

x = event.offsetX;

62

y = event.offsetY;

63

} else {  //(注意)實際開發中,這樣獲取滑鼠相對canvas的座標是不對的

64

x = event.layerX - this.offsetLeft;

65

y = event.layerY - this.offsetTop;

66

}

67

return { x: x, y: y };

68

};

69

70

init();

71

72

return {

73

draw : drawLine

74

//ctx : ctx,

75

//canvas : canvas

76

}

77

}( websocket, `drawsomething` );

對於canvas不熟悉的同學，請自己去搜尋一下，有許多不錯的教程。其它方面，和聊天應用的思路基本一樣。

最後，我們需要明確一點，WebSocket本身的優點很明顯，但是作為一個正在演變中的web規範，我們必須清楚的認識到WebSocket在構建應用時的一些風險；雖然本身有很多侷限性，但是這項技術本身肯定是大勢所趨，WebSocket在移動終端，在chrome web store都有用武之地，我們可以進行大膽的嘗試，讓我們在技術的革新中不被淘汰。

Resources：

http://www.w3.org/TR/websockets/

W3 API的官方文件,有詳細的介面設計文件和實現步驟

http://tools.ietf.org/html/rfc6455

WebSocket協議

http://tools.ietf.org/html/rfc6202

Known Issues and Best Practices for the Use of Long Polling and Streaming in Bidirectional HTTP

http://msdn.microsoft.com/en-us/library/ie/hh673567(v=vs.85).aspx

msdn中關於WebSocket的介紹

https://developer.mozilla.org/en/WebSockets

http://caniuse.com/#feat=websockets

Compatibility tables for support of HTML5, CSS3, SVG and more in desktop and mobile browsers.

本文轉自我不會抽菸 51CTO部落格，原文連結：http://blog.51cto.com/zhouhongyu1989/1289822，如需轉載請自行聯絡原作者