HTTP协议是一种无状态协议,服务端本身不具有识别客户端的能力,必须借助外部机制,比如session和cookie,才能与特定客户端保持对话。这多多少少带来一些不便,尤其在服务器端与客户端需要持续交换数据的场合(比如网络聊天),更是如此。为了解决这个问题,HTML5提出了浏览器的WebSocket API。
WebSocket的主要作用是,允许服务器端与客户端进行全双工(full-duplex)的通信。举例来说,HTTP协议有点像发电子邮件,发出后要等待对方回信;WebSocket则是像打电话,服务器端和客户端可以同时向对方发送数据,它们之间存在着一条持续打开的数据通道。
WebSocket协议完全可以取代Ajax方法,用来向服务器端发送文本和二进制数据,而且还没有“同域限制”。
WebSocket不使用HTTP协议,而是使用自己的协议。浏览器发出的WebSocket请求类似于下面的样子:
GET / HTTP/1.1Connection: Upgrade Upgrade: websocket Host: example.com Origin: nullSec-WebSocket-Key: sN9cRrP/n9NdMgdcy2VJFQ== Sec-WebSocket-Version: 13
上面的头信息显示,有一个HTTP头是Upgrade。HTTP1.1协议规定,Upgrade头信息表示将通信协议从HTTP1.1转向该项所指定的协议。“Connection: Upgrade”就表示浏览器通知服务器,如果可以,就升级到webSocket协议。Origin用于验证浏览器域名是否在服务器许可范围内。Sec-WebSocket-Key则是用于握手协议的密钥,是base64编码的16字节随机字符串。
服务端的WebSocket回应则是:
HTTP/1.1 101 Switching ProtocolsConnection: Upgrade Upgrade: websocket Sec-WebSocket-Accept: fFBooB7FAkLlXgRSz0BT3v4hq5s=Sec-WebSocket-Origin: nullSec-WebSocket-Location: ws://example.com
服务端同样用“Connection: Upgrade”通知浏览器,需要改协议。Sec-WebSocket-Accept是服务器在浏览器提供的Sec-WebSocket-Key字符串后面,添加“258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11”字符串,然的再取sha-1的hash值。浏览器将对这个值进行验证,以证明确实是目标服务器回应了webSocket请求。Sec-WebSocket-Location表示通信的WebSocket网址。
注意:WebSocket协议用ws表示。此外,还有wss协议,表示加密的WebSocket协议,对应HTTPs协议。
完成握手以后,WebSocket协议就在TCP协议之上,开始传送数据。
WebSocket协议需要服务器支持,目前比较流行的实现是基于node.js的socket.io,更多实现可参阅Wikipedia。至于浏览器端,目前主流浏览器都支持WebSocket协议(包括IE10+),仅有的例外是手机端的Opera Mini和Android Browser。
浏览器端对WebSocket协议的处理,无非就是三件事:
建立连接和断开连接
发送数据和接收数据
处理错误
首先,客户端要检查浏览器是否支持WebSocket,使用的方法是查看window对像是否具有WebSocket属性。
if (window.WebSocket != undefined) { // 支持}
然后,开始与服务器建立连接(这里假定服务器就是本机的1740端口,需要使用ws协议)。
if (window.WebSocket != undefined) { var connection = new WebSocket('ws://localhost:1740'); }
建立连接以后的WebSocket实例对象(即上面代码中的connection),有一个readyState属性,表示目前状态,可以取4个值:
0:正在连接
1:连接成功
2:正在关闭
3:连接关闭
握手协议成功以后,readyState就从0变成1,并触发open事件,这时就可以向服务器发送信息了。我们可以指定open事件的回调函数。
connection.onopen = wsOpen;function wsOpen(event) { console.log('Connected'); }
关闭WebSocket会触发close事件。
connection.onclose = wsClose;function onClose(event) { var wasClean = event.wasClean; //bool值,连接是否关闭了 var code = event.code; //连接状态(数字),由服务端提供 var reason = event.reason; //关闭原因,由服务端提供 console.log('Closed'); } connection.close();
连接建立后,客户端通过send方法向服务器端发送数据。
connection.send(message);
除了发送字符串,也可以使用Blob或ArrayBuffer对象发送二进制数据。
//使用ArrayBuffer发送Canvas图像数据 var img = canvas_context.getImageData(0, 0, 400, 320); var binary = new Unit8Array(img.data.length);for(var i = 0; i < img.data.length; i++) { binary[i] = img.data[i] } connection.send(binary.buffer);//使用Blob发送文件 var file = document.querySelector('input[type="file"]').files[0]; connection.send(file);
客户端收到服务器发送的数据,会触发message事件。可以通过定义message事件的回调函数,来处理服务端返回的数据。
connection.onmessage = wsMessage; function wsMessage(event) { console.log(event.data); }
上面代码的回调函数wsMessage的参数为事件对象evnet,该对象的data属性包含了服务器返回的数据。
如果出现错误,浏览器会触发WebSocket实例对象的error事件。
connection.onerror = wsError;function wsError(event) { console.log('Error: ' + event.data); }
服务器端需要单独部署处理WebSocket的代码。下面用node.js搭建一个服务器环境。
var http = require('http');var server = http.createServer(function(request, response){});
假设监听1740端口。
server.listen(1740, function() { console.log((new Date()) + ' Server is listening on port 1740'); });
接着启动WebSocket服务器。这需要加载websocket库,如果没有安装,可以先使用命令安装。
var WebSocketServer = require('websocket').server;var wsServer = new WebSocketServer({ httpServer: server });
WebSocket服务器建立request事件的回调函数。
var connection; wsServer.on('request', function(req){ connect = req.accept('echo-protocol', req.origin); });
上面代码的回调函数接受一个参数req,表示request请求对象。然后,在回调函数内部,建立WebSocket连接Connection。接着,就要对connection的message事件指定回调函数。
wsServer.on('request', function(r) { connection = req.accept('echo-protocol', req.origin); connection.on('message', function(message) { var msgString = message.utf8Data; connection.sendUTF(msgString); }); });
最后,监听用户的disconnect事件。
connection.on('close', function(reasonCode, description) { console.log(connection.remoteAddress + ' disconnected'); });
Socket.io是目前最流行的WebSocket实现,包括服务器和浏览器两个部分。它不仅简化了接口,使得操作更容易,而且对于那些不支持WebSocket的浏览器,会自动降为Ajax连接,最大限度地保证了兼容性。
第一步,在服务器端的项目根目录下,安装socket.io模块。
npm install socket.io
第二步,在根目录下建立app.js,并写入以下代码(使定使用了Express框架)。
var app = require('express')(); var server = require('http').createServer(app); var io = require('socket.io').listen(server); server.listen(80); app.get('/', function (req, res) { res.sendfile(dirname + '/index.html'); });
上面代码表示,先建立并运行HTTP服务器。Socket.io的运行建立在HTTP服务器之上。
第三步,将Socket.io插入客户端网页。
<script src="/socket.io/socket.io.js"></script>
然后,在客户端脚本中,建立WebSocket连接。
var socket = io.connect('http://localhost');
由于本例假定WebSocket主机与客户端是同一台机器,所以connect方法的参数是http://localhost。接着,指定news事件(即服务器端发送news)的回调函数。
socket.on('news', function (data){ console.log(data); });
最后,用emit方法向服务器端发送信号,触发服务器端的anotherNews事件。
请注意:emit方法可以取代Ajax请求,而on方法指定的回调函数,也等同于Ajax的回调函数。
第四步,在服务器端的app.js中加入以下代码。
io.sockets.on('connection', function (socket) { socket.emit('news', { hello: 'world' }); socket.on('anotherNews', function (data) { console.log(data); }); });
上面代码的io.sockets.on方法指定connect事件(WebSocket连接建立)的回调函数。在回调函数中,用emit方法向客户端发送数据,触发客户端的news事件。然后,再用on方法指定服务器端anotherNews事件的回调函数。
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