WebSocket

背景：

​ HTTP 协议有一个缺陷：通信只能由客户端发起。这种单向请求的特点，注定了如果服务器有连续的状态变化，客户端要获知就非常麻烦。我们只能使用"轮询"：每隔一段时候，就发出一个询问，了解服务器有没有新的信息。最典型的场景就是聊天室。

​ 轮询的效率低，非常浪费资源（因为必须不停连接，或者 HTTP 连接始终打开）。因此，WebSocket 在2008年就诞生了，2011年成为国际标准。所有浏览器都已经支持了。

特点：

1. WebSocket可以在浏览器里使用
2. 支持双向通信
3. 使用很简单
4. WebSocket协议一旦建立后，互相沟通所消耗的请求头是很小的

应用场景：

• 即时聊天通信
• 多玩家游戏
• 在线协同编辑/编辑
• 即时Web应用程序：即时Web应用程序使用一个Web套接字在客户端显示数据，这些数据由后端服务器连续发送。在WebSocket中，数据被连续推送/传输到已经打开的同一连接中，这就是为什么WebSocket更快并提高了应用程序性能的原因。 例如在交易网站或比特币交易中，这是最不稳定的事情，它用于显示价格波动，数据被后端服务器使用Web套接字通道连续推送到客户端。

  游戏应用程序：在游戏应用程序中，你可能会注意到，服务器会持续接收数据，而不会刷新用户界面。屏幕上的用户界面会自动刷新，而且不需要建立新的连接，因此在WebSocket游戏应用程序中非常有帮助。

  聊天应用程序：聊天应用程序仅使用WebSocket建立一次连接，便能在订阅户之间交换，发布和广播消息。它重复使用相同的WebSocket连接，用于发送和接收消息以及一对一的消息传输等。

协议标识符是ws（如果加密，则为wss），服务器网址就是 URL。

一、客户端简单示例：

下面是一个网页脚本的例子（点击这里看运行结果），基本上一眼就能明白。

let ws = new WebSocket("wss://echo.websocket.org");

ws.onopen = function(evt) { 
  console.log("Connection open ..."); 
  ws.send("Hello WebSockets!");
};

ws.onmessage = function(evt) {
  console.log( "Received Message: " + evt.data);
  ws.close();
};

ws.onclose = function(evt) {
  console.log("Connection closed.");
};      

WebSocket 对象是一个构造函数，用于新建 WebSocket 实例。

// 客户端与服务器进行连接。
let ws = new WebSocket('ws://localhost:8080');

实例对象的所有属性和方法清单，参见这里。

API：

webSocket.readyState

readyState属性返回实例对象的当前状态，共有四种。

• CONNECTING：值为0，表示正在连接。
• OPEN：值为1，表示连接成功，可以通信了。
• CLOSING：值为2，表示连接正在关闭。
• CLOSED：值为3，表示连接已经关闭，或者打开连接失败。

switch (ws.readyState) {
  case WebSocket.CONNECTING:
    // do something
    break;
  case WebSocket.OPEN:
    // do something
    break;
  case WebSocket.CLOSING:
    // do something
    break;
  case WebSocket.CLOSED:
    // do something
    break;
  default:
    // this never happens
    break;
}

webSocket.onopen——指定连接成功后的回调函数。

ws.onopen = function () {
  ws.send('Hello Server!');
}

如果要指定多个回调函数，可以使用addEventListener`方法。

ws.addEventListener('open', function (event) {
  ws.send('Hello Server!');
});

webSocket.onclose——指定连接关闭后的回调函数。

ws.onclose = function(event) {
  let code = event.code;
  let reason = event.reason;
  let wasClean = event.wasClean;
  // handle close event
};

ws.addEventListener("close", function(event) {
  let code = event.code;
  let reason = event.reason;
  let wasClean = event.wasClean;
  // handle close event
});

webSocket.onmessage——指定收到服务器数据后的回调函数。

ws.onmessage = function(event) {
  let data = event.data;
  // 处理数据
};

ws.addEventListener("message", function(event) {
  let data = event.data;
  // 处理数据
});

注意：服务器数据可能是文本，也可能是二进制数据（blob对象或Arraybuffer对象）

ws.onmessage = function(event){
  if(typeof event.data === String) {
    console.log("Received data string");
  }

  if(event.data instanceof ArrayBuffer){
    let buffer = event.data;
    console.log("Received arraybuffer");
  }
}

除了动态判断收到的数据类型，也可以使用binaryType属性，显式指定收到的二进制数据类型。

// 收到的是 blob 数据
ws.binaryType = "blob";
ws.onmessage = function(e) {
  console.log(e.data.size);
};

// 收到的是 ArrayBuffer 数据
ws.binaryType = "arraybuffer";
ws.onmessage = function(e) {
  console.log(e.data.byteLength);
};

webSocket.send()——向服务器发送数据。

// 发送文本
ws.send('your message');

// 发送Blob对象
let file = document
  .querySelector('input[type="file"]')
  .files[0];
ws.send(file);

// 发送 ArrayBuffer 对象
let img = canvas_context.getImageData(0, 0, 400, 320);
let binary = new Uint8Array(img.data.length);
for (var i = 0; i < img.data.length; i++) {
  binary[i] = img.data[i];
}
ws.send(binary.buffer);

webSocket.bufferedAmount——判断发送是否结束。

let data = new ArrayBuffer(10000000);
socket.send(data);

if (socket.bufferedAmount === 0) {
  // 发送完毕
} else {
  // 发送还没结束
}

webSocket.onerror——指定报错时的回调函数。

socket.onerror = function(event) {
  // handle error event
};

socket.addEventListener("error", function(event) {
  // handle error event
});

二、服务端

WebSocket 服务器的实现，可以查看维基百科的列表。

常用的 Node 实现有以下三种。

• µWebSockets
• Socket.IO
• WebSocket-Node

具体的用法请查看它们的文档

三、问题分析

1、如何判断在线离线？

当客户端第一次发送请求至服务端时会携带唯一标识、以及时间戳，服务端到db或者缓存去查询改请求的唯一标识，如果不存在就存入db或者缓存中，

第二次客户端定时再次发送请求依旧携带唯一标识、以及时间戳，服务端到db或者缓存去查询改请求的唯一标识，如果存在就把上次的时间戳拿取出来，使用当前时间戳减去上次的时间，

得出的毫秒秒数判断是否大于指定的时间，若小于的话就是在线，否则就是离线；

2、如何解决断线问题

一种是修改nginx配置信息，第二种是websocket发送心跳包

websocket断线原因：

① websocket超时没有消息自动断开连接

​ 这时候我们就需要知道服务端设置的超时时长是多少，在小于超时时间内发送心跳包，有2中方案:一种是客户端主动发送上行心跳包，另一种方案是服务端主动发送下行心跳包。

跳包之所以叫心跳包是因为：它像心跳一样每隔固定时间发一次，以此来告诉服务器，这个客户端还活着。事实上这是为了保持长连接，至于这个包的内容，是没有什么特别规定的，不过一般都是很小的包，或者只包含包头的一个空包。

在TCP的机制里面，本身是存在有心跳包的机制的，也就是TCP的选项：SO_KEEPALIVE。系统默认是设置的2小时的心跳频率。但是它检查不到机器断电、网线拔出、防火墙这些断线。而且逻辑层处理断线可能也不是那么好处理。一般，如果只是用于保活还是可以的。

心跳包一般来说都是在逻辑层发送空的echo包来实现的。下一个定时器，在一定时间间隔下发送一个空包给客户端，然后客户端反馈一个同样的空包回来，服务器如果在一定时间内收不到客户端发送过来的反馈包，那就只有认定说掉线了。

在长连接下，有可能很长一段时间都没有数据往来。理论上说，这个连接是一直保持连接的，但是实际情况中，如果中间节点出现什么故障是难以知道的。更要命的是，有的节点(防火墙)会自动把一定时间之内没有数据交互的连接给断掉。在这个时候，就需要我们的心跳包了，用于维持长连接，保活。

心跳检测步骤：

1. 客户端每隔一个时间间隔发生一个探测包给服务器
2. 客户端发包时启动一个超时定时器
3. 服务器端接收到检测包，应该回应一个包
4. 如果客户机收到服务器的应答包，则说明服务器正常，删除超时定时器
5. 如果客户端的超时定时器超时，依然没有收到应答包，则说明服务器挂了

// 前端解决方案：心跳检测
let heartCheck = {
    timeout: 30000, //30秒发一次心跳
    timeoutObj: null,
    serverTimeoutObj: null,
    reset: function(){
        clearTimeout(this.timeoutObj);
        clearTimeout(this.serverTimeoutObj);
        return this;
    },
    start: function(){
        var self = this;
        this.timeoutObj = setTimeout(function(){
            //这里发送一个心跳，后端收到后，返回一个心跳消息，
            //onmessage拿到返回的心跳就说明连接正常
            ws.send("ping");
            console.log("ping!")

            self.serverTimeoutObj = setTimeout(function(){//如果超过一定时间还没重置，说明后端主动断开了
                ws.close(); //如果onclose会执行reconnect，我们执行ws.close()就行了.如果直接执行reconnect 会触发onclose导致重连两次
            }, self.timeout);
        }, this.timeout);
    }
}

② websocket异常包括服务端出现中断，交互切屏等等客户端异常中断

​ 针对这种异常的中断解决方案就是处理重连

使用js库处理：引入reconnecting-websocket.min.js，ws建立链接方法使用js库api方法：

let ws = new ReconnectingWebSocket(url);
// 断线重连：
reconnectSocket(){
    if ('ws' in window) {
        ws = new ReconnectingWebSocket(url);
    } else if ('MozWebSocket' in window) {
       ws = new MozWebSocket(url);
    } else {
      ws = new SockJS(url);
    }
}

断网监测支持使用js库：offline.min.js

onLineCheck(){
    Offline.check();
    console.log(Offline.state,'---Offline.state');
    console.log(this.socketStatus,'---this.socketStatus');

    if(!this.socketStatus){
        console.log('网络连接已断开！');
        if(Offline.state === 'up' && websocket.reconnectAttempts > websocket.maxReconnectInterval){
            window.location.reload();
        }
        reconnectSocket();
    }else{
        console.log('网络连接成功！');
        websocket.send("heartBeat");
    }
}

// 使用：在websocket断开链接时调用网络中断监测
websocket.onclose => () {
    onLineCheck();
};

总结：

• WebSocket 是为了在 web 应用上进行双通道通信而产生的协议，相比于轮询HTTP请求的方式，WebSocket 有节省服务器资源，效率高等优点。
• WebSocket 中的掩码是为了防止早期版本中存在中间缓存污染攻击等问题而设置的，客户端向服务端发送数据需要掩码，服务端向客户端发送数据不需要掩码。
• WebSocket 中 Sec-WebSocket-Key 的生成算法是拼接服务端和客户端生成的字符串，进行SHA1哈希算法，再用base64编码。
• WebSocket 协议握手是依靠 HTTP 协议的，依靠于 HTTP 响应101进行协议升级转换。