WebSockets 简介:将套接字引入网络

HTML5 Rocks

问题:低延迟的客户端-服务器和服务器-客户端连接

一直以来,网络在很大程度上都是围绕着所谓 HTTP 的请求/响应模式而构建的。客户端加载一个网页,然后直到用户点击下一页之前,什么都不会发生。在 2005 年左右,AJAX 开始让网络变得更加动态了。但所有 HTTP 通信仍然是由客户端控制的,这就需要用户互动或定期轮询,以便从服务器加载新数据。

长期以来存在着各种技术,可让服务器得知有新数据可用时,立即将数据发送到客户端。这些技术名目繁多,例如“推送”或 Comet。最普遍的一种黑客手段是对服务器发起的链接创建假象,这称为长轮询。利用长轮询,客户端可打开指向服务器的 HTTP 连接,而服务器会一直保持连接打开,直到发送响应。服务器只要实际拥有新数据,就会发送响应(其他技术包括 FlashXHR multipart 请求和所谓的 htmlfiles)。长轮询和其他技术非常好用,您在 Gmail 聊天等应用中经常使用它们。

但是,这些解决方案都存在一个共同的问题:它们带有 HTTP 的开销,导致它们不适用于低延迟应用。可以想象一下浏览器中的多人第一人称射击游戏,或者其他任何带有即时要素的在线游戏。

WebSocket 简介:将套接字引入网络

WebSocket 规范定义了一种 API,可在网络浏览器和服务器之间建立“套接字”连接。简单地说:客户端和服务器之间存在持久的连接,而且双方都可以随时开始发送数据。

使用入门

只需调用 WebSocket 构造函数即可打开 WebSocket 连接:

var connection = new WebSocket('ws://html5rocks.websocket.org/echo', ['soap', 'xmpp']);

请注意 ws:。这是 WebSocket 连接的新网址架构。对于安全 WebSocket 连接还有 wss:,就像 https: 用于安全 HTTP 连接一样。

立即向连接附加一些事件处理程序可让您知道连接打开、收到传入讯息或出现错误的时间。

第二个参数可接受可选子协议,它既可以是字符串,也可以是字符串数组。每个字符串都应代表一个子协议名称,而服务器只能接受数组中通过的一个子协议。访问 WebSocket 对象的 protocol 属性可确定接受的子协议。

子协议名称必须是 IANA 注册表中的某个注册子协议名称。截止 2012 年 2 月,只有一个注册子协议名称 (soap)。

// When the connection is open, send some data to the server
connection.onopen = function () {
  connection.send('Ping'); // Send the message 'Ping' to the server
};

// Log errors
connection.onerror = function (error) {
  console.log('WebSocket Error ' + error);
};

// Log messages from the server
connection.onmessage = function (e) {
  console.log('Server: ' + e.data);
};

与服务器通信

与服务器建立连接后(启动 open 事件时),我们可以开始对连接对象使用 send('your message') 方法,向服务器发送数据。该方法以前只支持字符串,但根据最新的规范,现在也可以发送二进制讯息了。要发送二进制数据,您可以使用 BlobArrayBuffer 对象。

// Sending String
connection.send('your message');

// Sending canvas ImageData as ArrayBuffer
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);

// Sending file as Blob
var file = document.querySelector('input[type="file"]').files[0];
connection.send(file);

同样,服务器也可能随时向我们发送讯息。只要发生这种情况,就会启动 onmessage 回调。该回调接收的是事件对象,而实际的讯息可通过 data 属性进行访问。

在最新规范中,WebSocket 也可以接收二进制讯息。接收的二进制帧可以是 BlobArrayBuffer 格式。要指定收到的二进制数据的格式,可将 WebSocket 对象的 binaryType 属性设为“blob”或“arraybuffer”。默认格式为“blob”(您不必在发送时校正 binaryType 参数)。

// Setting binaryType to accept received binary as either 'blob' or 'arraybuffer'
connection.binaryType = 'arraybuffer';
connection.onmessage = function(e) {
  console.log(e.data.byteLength); // ArrayBuffer object if binary
};

WebSocket 的另一个新增功能是扩展。利用扩展,可以发送压缩帧、多路复用帧等。您可以检查 open 事件后的 WebSocket 对象的 extensions 属性,查找服务器所接受的扩展。截止 2012 年 2 月,还没有官方发布的扩展规范。

// Determining accepted extensions
console.log(connection.extensions);

跨源通信

作为现代协议,跨源通信已内置在 WebSocket 中。虽然您仍然应该确保只与自己信任的客户端和服务器通信,但 WebSocket 可实现任何域上多方之间的通信。服务器将决定是向所有客户端,还是只向驻留在一组指定域上的客户端提供服务。

代理服务器

每一种新技术在出现时,都会伴随着一系列问题。WebSocket 也不例外,它与大多数公司网络中用于调解 HTTP 连接的代理服务器不兼容。WebSocket 协议使用 HTTP 升级系统(通常用于 HTTP/SSL)将 HTTP 连接“升级”为 WebSocket 连接。某些代理服务器不支持这种升级,并会断开连接。因此,即使指定的客户端使用了 WebSocket 协议,可能也无法建立连接。这就使得下一部分的内容更加重要了。

立即使用 WebSocket

WebSocket 仍是一项新兴技术,并未在所有浏览器中全面实施。而在无法使用 WebSocket 的情况下,只要通过一些使用了上述某个回调的库,就可以立即使用 WebSocket 了。在这一方面使用非常普遍的库是 socket.io,其中自带了协议的客户端和服务器实施,并包含回调(截止 2012 年 2 月,socket.io 还不支持二进制讯息传输)。还有一些商业解决方案,例如 PusherApp,通过提供向客户端发送 WebSocket 讯息的 HTTP API,可轻松地集成到任何网络环境中。由于额外的 HTTP 请求,这些解决方案与纯 WebSocket 相比总是会有额外的开销。

服务器端

使用 WebSocket 为服务器端应用带来了全新的用法。虽然 LAMP 等传统服务器堆栈是围绕 HTTP 请求/响应循环而设计的,但是通常无法很好地处理大量打开的 WebSocket 连接。要同时维持大量连接处于打开状态,就需要能以低性能开销接收高并发数据的架构。此类架构通常是围绕线程或所谓的非阻塞 IO 而设计的。

服务器端实施

协议版本

现在,WebSocket 的单线协议(客户端与服务器之间的握手和数据传输)是 RFC6455。最新版的 Chrome 浏览器和 Android 版 Chrome 浏览器与 RFC6455 完全兼容(包括二进制讯息传输)。另外,Firefox 11 和 Internet Explorer 10 也会实现兼容。您仍可以使用旧版协议,但由于它们已知存在漏洞,我们不建议使用。如果您有旧版 WebSocket 协议的服务器实施,我们建议您将其更新到最新版本。

用例

如果您需要在客户端与服务器之间建立极低延迟、近乎即时的连接,则可使用 WebSocket。请记住,这可能需要您重新考虑构建服务器端应用的方式,将新的关注点放在事件队列等技术上。以下是一些用例:

  • 多人在线游戏
  • 聊天应用
  • 体育赛况直播
  • 即时更新社交信息流

演示

参考

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