本文介绍了如何在ThinkJS的项目中利用 WebSocket 实现多端的实时通信。ThinkJS是360前端团队奇舞团基于Koa 2 开发的企业级 Node.js 服务端框架,文章中会从零开始实现一个简单的聊天室,希望读者们能有所收获。
![基于 ThinkJS 的 WebSocket 通信详解](http://www.yixao.com/wp-content/themes/exou/themer/assets/images/lazy.png)
前 言
我们的项目是基于 ThinkJS Vue 开发的,最近实现了一个多端实时同步数据的功能,所以想写一篇文章来介绍下如何在 ThinkJS 的项目中利用 WebSocket 实现多端的实时通信。ThinkJS 是基于 Koa 2 开发的企业级 Node.js 服务端框架,文章中会从零开始实现一个简单的聊天室,希望读者们能有所收获。
WebSocket
WebSocket 是 HTML5 中提出的一种协议。它的出现是为了解决客户端和服务端的实时通信问题。在 WebSocket 出现之前,如果想实现实时消息传递一般有两种方式:
- 客户端通过轮询不停的向服务端发送请求,如果有新消息客户端进行更新。这种方式的缺点很明显,客户端需要不停向服务器发送请求,然而 HTTP 请求可能包含较长的头部,其中真正有效的数据可能只是很小的一部分,显然这样会浪费很多带宽资源
- HTTP 长连接,客户端通过 HTTP 请求连接到服务端后, 底层的 TCP 连接不会马上断开,后续的信息还是可以通过同一个连接来传输。这种方式有一个问题是每个连接会占用服务端资源,在收到消息后连接断开,就需要重新发送请求。如此循环往复。
可以看到,这两种实现方式的本质还是客户端向服务端“Pull”的过程,并没有一个服务端主动“Push”到客户端的方式,所有的方式都是依赖客户端先发起请求。为了满足两方的实时通信, WebSocket 应运而生。
WebSocket 协议
首先,WebSocket 是基于 HTTP 协议的,或者说借用了 HTTP 协议来完成连接的握手部分。其次,WebSocket 是一个持久化协议,相对于 HTTP 这种非持久的协议来说,一个 HTTP 请求在收到服务端回复后会直接断开连接,下次获取消息需要重新发送 HTTP 请求,而 WebSocket 在连接成功后可以保持连接状态。下图应该能体现两者的关系:
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在发起 WebSocket 请求时需要先通过 HTTP 请求告诉服务端需要将协议升级为 WebSocket。
浏览器先发送请求:
GET / HTTP/1.1 Host: localhost:8080 Origin: [url=http://127.0.0.1:3000]http://127.0.0.1:3000[/url] Connection: Upgrade Upgrade: WebSocket Sec-WebSocket-Version: 13 Sec-WebSocket-Key: w4v7O6xFTi36lq3RNcgctw==
服务端回应请求:
HTTP/1.1 101 Switching Protocols Connection:Upgrade Upgrade: WebSocket Sec-WebSocket-Accept: Oy4NRAQ13jhfONC7bP8dTKb4PTU=
在请求头中核心的部分是 Connection 和 Upgrade ,通过这两个字段服务端会将 HTTP 升级为 WebSocket 协议。服务端返回对应信息后连接成功,客户端和服务端就可以正常通信了。
随着新标准的推进,WebSocket 已经比较成熟了,并且各个主流浏览器对 WebSocket 的支持情况比较好(不兼容低版本 IE,IE 10 以下)
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Socket.io
Socket.io (https://socket.io/) 是一个完全由 JavaScript 实现、基于 Node.js、支持 WebSocket 协议的用于实时通信、跨平台的开源框架。它包括了客户端的 JavaScript 和服务器端的 Node.js,并且有着很好的兼容性,会根据浏览器的支持情况选择不同的方式进行通讯,如上面介绍的轮询和 HTTP 长连接。
简易聊天室
对于 WebSocket 目前 ThinkJS 支持了 Socket.io 并对其进行了一些简单的包装,只需要进行一些简单的配置就可
以使用 WebSocket 了。
服务端配置
stickyCluster
ThinkJS 默认采用了多进程模型,每次请求会根据策略输送到不同的进程中执行,关于其多进程模型可以参考《细谈 ThinkJS 多进程模型》(https://zhuanlan.zhihu.com/p/37921649)。 而 WebSocket 连接前需要使用 HTTP 请求来完成握手升级,多个请求需要保证命中相同的进程,才能保证握手成功。这个时候就需要开启 StickyCluster 功能,使客户端所有的请求命中同一进程。修改配置文件 src/config/config.js 即可。
module.exports = { stickyCluster: true, // ... }
添加 WebSocket 配置
在 src/config/extend.js 引入 WebSocket:
const websocket = require(\'think-websocket\'); module.exports = [ // ... websocket(think.app), ];
在 src/config/adapter.js 文件中配置 WebSocket
const socketio = require(\'think-websocket-socket.io\'); exports.websocket = { type: \'socketio\', common: { // common config }, socketio: { handle: socketio, messages: { open: \'/websocket/open\', //建立连接时处理对应到 websocket Controller 下的 open Action close: \'/websocket/close\', // 关闭连接时处理的 Action room: \'/websocket/room\' // room 事件处理的 Action } } }
配置中的 messages 对应着事件的映射关系。比如上述的例子,客户端触发 room 事件,服务端需要在 websocket controller 下的 roomAction 中处理消息。
添加 WebSocket 实现
创建处理消息的 controller 文件。上面的配置是 /websocket/xxx ,所以直接在项目根目录 src/controller 下创建 websocket.js 文件。
module.exports = class extends think.Controller { // this.socket 为发送消息的客户端对应的 socket 实例, this.io 为Socket.io 的一个实例 constructor(...arg) { super(...arg); this.io = this.ctx.req.io; this.socket = this.ctx.req.websocket; } async openAction() { this.socket.emit(\'open\', \'websocket success\') } closeAction() { this.socket.disconnect(true); } };
这时候服务端代码就已经配置完了。
客户端配置
客户端代码使用比较简单,只需要引入 socket.io.js 就可以直接使用了。
引入后在初始化代码创建 WebSocket 连接:
this.socket = io(); this.socket.on(\'open\', data => { console.log(\'open\', data) })
这样一个最简单的 WebSocket 的 demo 就完成了,打开页面的时候会自动创建一个 WebSocket 连接,创建成功后服务端会触发 open 事件,客户端在监听的 open 事件中会接收到服务端返回的 websocket success 字符串。
接下来我们开始实现一个简单的聊天室。
简易聊天室的实现
从刚才的内容中我们知道每个 WebSocket 连接的创建会有一个 Socket 句柄创建,对应到代码中的 this.socket 变量。所以本质上聊天室人与人的通信可以转换成每个人对应的 Socket 句柄的通信。我只需要找到这个人对应的 Socket 句柄,就能实现给对方发送消息了。
简单来实现我们可以设置一个全局变量来存储连接到服务端的 WebSocket 的一些信息。在 src/bootstrap/global.js 中设置全局变量:
global.$socketChat = {};
然后在 src/bootstrap/worker.js 中引入global.js,使全局变量生效。
require(\'./global\');
然后在服务端 controller 增加 roomAction 和 messageAction , messageAction 用来接收客户端用户的聊天信息,并将信息发送给所有的客户端成员。 roomAction 用来接收客户端进入/离开聊天室的信息。这两个的区别是聊天消息是需要同步到所有的成员所以使用 this.io.emit,聊天室消息是同步到所有除当前客户端外的所有成员所以使用this.socket.broadcast.emit
module.exports = class extends think.Controller { constructor(...arg) { super(...arg); this.io = this.ctx.req.io; this.socket = this.ctx.req.websocket; global.$socketChat.io = this.io; } async messageAction() { this.io.emit(\'message\', { nickname: this.wsData.nickname, type: \'message\', message: this.wsData.message, id: this.socket.id }) } async roomAction() { global.$socketChat[this.socket.id] = { nickname: this.wsData.nickname, socket: this.socket } this.socket.broadcast.emit(\'room\', { nickname: this.wsData.nickname, type: \'in\', id: this.socket.id }) } async closeAction() { const closeSocket = global.$socketChat[this.socket.id]; const nickname = closeSocket && closeSocket.nickname; this.socket.disconnect(true); this.socket.removeAllListeners(); this.socket.broadcast.emit(\'room\', { nickname, type: \'out\', id: this.socket.id }) delete global.$socketChat[this.socket.id] } }
客户端通过监听服务端 emit 的事件来处理信息
this.socket.on(\'message\', data => { // 通过socket的id的对比,判断消息的发送方 data.isMe = (data.id === this.socket.id); this.chatData.push(data); }) this.socket.on(\'room\', (data) => { this.chatData.push(data); })
通过 emit 服务端对应的 action 来发送消息
this.socket.emit(\'room\', { nickname: this.nickname }) this.socket.emit(\'message\', { message: this.chatMsg, nickname: this.nickname })
根据发送/接收消息的type判断消息类型
{{item.nickname}}进入聊天室
{{item.nickname}}离开聊天室
{{item.nickname}}:{{item.message}}
至此一个简单的聊天室就完成了。
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多节点通信问题
刚才我们说了通信的本质其实是 Socket 句柄查询使用的过程,本质上我们是利用全局变量存储所有的 WebSocket 句柄的方式解决了 WebSocket 连接查找的问题。但是当我们的服务端扩容后,会出现多个服务器都有 WebSocket 连接,这个时候跨节点的 WebSocket 连接查找使用全局变量的方式就无效了。此时我们就就需要换一种方式来实现跨服务器的通信同步,一般有以下几种方式:
消息队列
发送消息不直接执行 emit 事件,而是将消息发送到消息队列中,然后所有的节点对这条消息进行消费。拿到数据后查看接收方的 WebSocket 连接是否在当前节点上,不在的话就忽略这条数据,在的话则执行发送的动作。
节点通信
通过外部存储服务例如 Redis 充当之前的“全局变量”的角色,所有的节点创建 WebSocket 连接后都向 Redis 中注册一下,告诉大家有个叫 “A” 家伙的连接在 “192.168.1.1” 这。当 B 要向 A 发送消息的时候它去 Redis 中查找到 A 的连接所处的节点后,通知 192.168.1.1 这个节点 B 要向 A 发送消息,然后节点会执行发送的动作。
基于 Redis 的节点通信实现
Redis 的 pub/sub 是一种消息通信模式:发送者(pub)发送消息,订阅者(sub)接收消息。WebSocket 的一个节点接收到消息后,通过 Redis 发布(pub),其他节点作为订阅者(sub)接收消息再进行后续处理。
这次我们将在聊天室的 demo 上实现节点通信的功能。
首先,在 websocket controller 文件中增加接口调用
const ip = require(\'ip\'); const host = ip.address(); module.exports = class extends think.Controller { async openAction() { // 记录当前 WebSocket 连接到的服务器ip await global.rediser.hset(\'-socket-chat\', host, 1); } emit(action, data) { if (action === \'message\') { this.io.emit(action, data) } else { this.socket.broadcast.emit(action, data); } this.crossSync(action, data) } async messageAction() { const data = { nickname: this.wsData.nickname, type: \'message\', message: this.wsData.message, id: this.socket.id }; this.emit(\'message\', data); } async closeAction() { const connectSocketCount = Object.keys(this.io.sockets.connected).length; this.crossSync(action, data); if (connectSocketCount <= 0) { await global.rediser.hdel(\'-socket-chat\', host); } } async crossSync(action, params) { const ips = await global.rediser.hkeys(\'-socket-chat\').filter(ip => ip !== host); ips.forEach(ip => request({ method: \'POST\', uri: `http://${ip}/api/websocket/sync`, form: { action, data: JSON.stringify(params) }, json: true }); ); } }
然后在 src/controller/api/websocket 实现通信接口
const Base = require(\'../base\'); module.exports = class extends Base { async syncAction() { const {action, data} = this.post(); const blackApi = [\'room\', \'message\', \'close\', \'open\']; if (!blackApi.includes(action)) return this.fail(); // 由于是跨服务器接口,所以直接使用io.emit发送给当前所有客户端 const io = global.$socketChat.io; io && io.emit(action, JSON.parse(data)); } };
这样就实现了跨服务的通信功能,当然这只是一个简单的 demo ,但是基本原理是相同的。
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socket.io-redis
第二种 Redis (sub/pub) 的方式,socket.io 提供了一种官方的库 socket.io-redis (https://github.com/socketio/Socket.io-redis) 来实现。它在 Redis 的 pub/sub 功能上进行了封装,让开发者可以忽略 Redis 相关的部分,方便了开发者使用。使用时只需要传入 Redis 的配置即可。
// Thinkjs socket.io-redis 配置 const redis = require(\'socket.io-redis\'); exports.websocket = { ... socketio: { adapter: redis({ host: \'localhost\', port: 6379 }), message: { ... } } } // then controller websocket.js this.io.emit(\'hi\', \'all sockets\');
HTTP 与 WebSocket 通信
如果想通过非 socket.io 进程向 socket.io 服务通信,例如:HTTP,可以使用官方的 socket.io-emitter 库。使用方式如下:
var io = require(\'socket.io-emitter\')({ host: \'127.0.0.1\', port: 6379 }); setInterval(function(){ io.emit(\'time\', new Date); }, 5000);
后 记
整个聊天室的代码已经上传到github,大家可以直接下载体验聊天室示例 (https://github.com/bingomvm/thinkjs-chat)
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