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WebSocket 介绍(二)-WebSocket API

2016-04-10 13:48 by stoneniqiu, ... 阅读, ... 评论, 收藏, 编辑

    这一章介绍如何用WebSocket API来控制协议和创建应用,运用http://websocket.org 提供的现有WebSocket服务器,我们可以收发消息、创建一些简单的WebSocket应用。一步一步的学习使用WebSocket API,最后我们会讨论浏览器的支持度和连通性。这一章的重点是WebSocket 协议在Web客户端的应用,在稍后的章节会介绍WebSocket协议以及其使用环境。

综述:

     正如第一章提到的,WebSocket包含网络协议和API,让你能够在客户端和服务端创建WebSocket连接,第三章会详细讨论协议的细节,我们先看一下API。
WebSocket API其实就是一个使用WebSocket协议的接口,通过它来建立全双工通道来收发消息,简单易学,要连接远程服务器,只需要创建一个WebSocket对象实体,并传入一个服务端的URL。在客户端和服务端一开始握手的期间,http协议升级到WebSocket协议就建立了连接,底层都是TCP协议。一旦建立连接,通过WebSocket接口可以反复的发送消息。在你的代码里面,你可以使用异步事件监听连接生命周期的每个阶段。
WebSocket API是纯事件驱动,一旦建立全双工连接,当服务端给客户端发送数据或者资源,它能自动发送状态改变的数据和通知。所以你不需要为了状态的更新而去轮训Server,在客户端监听即可。在后续的章节我们会介绍更高级的协议,例如STOMP和XMPP,会学习不同的WebSocket API使用例子,然而现在,先仔细看看API。

 入门:

     首先,我们需要通过调用WebSocket构造函数来创建一个WebSocket连接,构造函数会返回一个WebSocket实例,可以用来监听事件。这些事件会告诉你什么时候连接建立,什么时候消息到达,什么时候连接关闭了,以及什么时候发生了错误。WebSocket协议定义了两种URL方案,WS和WSS分别代表了客户端和服务端之间未加密和加密的通信。WS(WebSocket)类似于Http URL,而WSS(WebSocket Security)URL 表示连接是基于安全传输层(TLS/SSL)和https的连接是同样的安全机制。
WebSocket的构造函数需要一个URL参数和一个可选的协议参数(一个或者多个协议的名字),协议的参数例如XMPP(Extensible Messaging and Presence Protocol)、SOAP(Simple Object Access Protocol)或者自定义协议。而URL参数需要以WS://或者WSS://开头,例如:ws://www.websocket.org,如果URL有语法错误,构造函数会抛出异常。
// Create new WebSocket connection
var ws = new WebSocket("ws://www.websocket.org");
//测试了下链接不上。

     第二个参数是协议名称,是可选的,服务端和客服端使用的协议必须一致,这样收发消息彼此才能理解,你可以定义一个或多个客户端使用的协议,服务端会选择一个来使用,一个客服端和一个服务端之间只能有一个协议。当然都得基于WebSocket,WebSocket的重大好处之一就是基于WebSocket协议的广泛使用,让你的Web能够拥有传统桌面程序那样的能力,这个我们将在第三章第六节学习到。
    言归正传,我们回到构造函数,在第一次握手之后,和协议的名称一起,客户端会发送一个Sec-WebSocket-Protocol 头,服务端会选择0个或一个协议,响应会带上同样的Sec-WebSocket-Protocol 头,否则会关闭连接。通过协议协商(Protocol negotiation ),我们可以知道给定的WebSocket服务器所支持的协议和版本,然后应用选择协议使用。
// Connecting to the server with one protocol called myProtocol
var ws = new WebSocket("ws://echo.websocket.org", "myProtocol");
//myProtocol 是假设的一个定义好的且符合标准的协议。

你可以传递一个协议的数组。

var echoSocket = new WebSocket("ws://echo.websocket.org", ["com.kaazing.echo","example.imaginary.protocol"])
//服务端会选择其中一个使用
echoSocket.onopen = function(e) {
// Check the protocol chosen by the server
console.log(echoSocket.protocol);
}

输出:com.kaazing.echo

协议这个参数有三种。
1.注册协议:根据RFC6455(WebSocket 协议)和IANA被官方注册的标准协议。例如 微软的SOAP。
 
看到两个华为的
2.开放协议:被广泛使用的标注协议,例如XMPP和STOMP。但没有被正式注册。
3.自定义协议:自己编写和使用的WebSocket的协议。
协议会再后续章节给出详细介绍,下面先看事件、对象和方法以及实例。

WebSocket事件:

     WebSocket API是纯事件驱动,通过监听事件可以处理到来的数据和改变的链接状态。客户端不需要为了更新数据而轮训服务器。服务端发送数据后,消息和事件会异步到达。WebSocket编程遵循一个异步编程模型,只需要对WebSocket对象增加回调函数就可以监听事件。你也可以使用addEventListener()方法来监听。而一个WebSocket对象分四类不同事件。

open:

     一旦服务端响应WebSocket连接请求,就会触发open事件。响应的回调函数称为onopen。
// Event handler for the WebSocket connection opening
ws.onopen = function(e) {
console.log("Connection open...");
};

     open事件触发的时候,意味着协议握手结束,WebSocket已经准备好收发数据。如果你的应用收到open事件,就可以确定服务端已经处理了建立连接的请求,且同意和你的应用通信。

Message:

当消息被接受会触发消息事件,响应的回调函数叫做onmessage。如下:
// 接受文本消息的事件处理实例:
ws.onmessage = function(e) {
if(typeof e.data === "string"){
console.log("String message received", e, e.data);
} else {
console.log("Other message received", e, e.data);
}
};

除了文本消息,WebSocket消息机制还能处理二进制数据,有Blob和ArrayBuffer两种类型,在读取到数据之前需要决定好数据的类型。

// 设置二进制数据类型为blob(默认类型)
ws.binaryType = "blob";
// Event handler for receiving Blob messages
ws.onmessage = function(e) {
if(e.data instanceof Blob){
console.log("Blob message received", e.data);
var blob = new Blob(e.data);
}
};
//ArrayBuffer
ws.binaryType = "arraybuffer";
ws.onmessage = function(e) {
if(e.data instanceof ArrayBuffer){
console.log("ArrayBuffer Message Received", + e.data);
// e.data即ArrayBuffer类型
var a = new Uint8Array(e.data);
}
};

Error

      如果发生意外的失败会触发error事件,相应的函数称为onerror,错误会导致连接关闭。如果你收到一个错误事件,那么你很快会收到一个关闭事件,在关闭事件中也许会告诉你错误的原因。而对错误事件的处理比较适合做重连的逻辑。
//异常处理
ws.onerror = function(e) {
console.log("WebSocket Error: " , e);
//Custom function for handling errors
handleErrors(e);
};

Close

      不言而喻,当连接关闭的时候回触发这个事件,对应onclose方法,连接关闭之后,服务端和客户端就不能再收发消息。
WebSocket的规范其实还定义了ping和pong 架构(frames),可以用来做keep-alive,心跳,网络状态查询,latency instrumentation(延迟仪表?),但是目前 WebSocket API还没有公布这些特性,尽管浏览器支持了ping,但不会触发ping事件,相反,浏览器会自动响应pong,第八章会将更多关于ping和pong的细节。

 当然你可以调用close方法断开与服务端的链接来触发onclose事件,

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

      连接失败和成功的关闭握手都会触发关闭事件,WebSocket的对象的readyState属性就代表连接的状态(2代表正在关闭,3代表已经关闭)。关闭事件有三个属性可以用来做异常处理和重获: wasClean,code和reason。wasClean是一个bool值,代表连接是否干净的关闭。   如果是响应服务端的close事件,这个值为true,如果是别的原因,比如因为是底层TCP连接关闭,wasClean为false。code和reason代表关闭连接时服务端发送的状态,这两个属性和给入close方法的code和reason参数是对应的,稍后会描述细节。

 WebSocket 方法:

 WebSocket 对象有两个方法:send()和close()

 send():

一旦在服务端和客户端建立了全双工的双向连接,可以使用send方法去发送消息,

//发送一个文本消息
ws.send("Hello WebSocket!");

当连接是open的时候send()方法传送数据,当连接关闭或获取不到的时候回抛出异常。一个通常的错误是人们喜欢在连接open之前发送消息。如下所示:

// 这将不会工作
var ws = new WebSocket("ws://echo.websocket.org")
ws.send("Initial data");

正确的姿势如下,应该等待open事件触发后再发送消息。

var ws = new WebSocket("ws://echo.websocket.org")
ws.onopen = function(e) {
ws.send("Initial data");
}

如果想通过响应别的事件去发送消息,可以检查readyState属性的值为open的时候来实现。

function myEventHandler(data) {
if (ws.readyState === WebSocket.OPEN) {
//open的时候即可发送
ws.send(data);
} else {
// Do something else in this case.
//Possibly ignore the data or enqueue it.
}
}

发送二进制数据:

// Send a Blob
var blob = new Blob("blob contents");
ws.send(blob);
// Send an ArrayBuffer
var a = new Uint8Array([8,6,7,5,3,0,9]);
ws.send(a.buffer);

     Blob对象和JavaScript File API一起使用的时候相当有用,可以发送或接受文件,大部分的多媒体文件,图像,视频和音频文件。这一章末尾会结合File API提供读取文件内容来发送WebSocket消息的实例代码。

close()

使用close方法来关闭连接,如果连接以及关闭,这方法将什么也不做。调用close方法只后,将不能发送数据。

ws.close();

close方法可以传入两个可选的参数,code(numerical)和reason(string),以告诉服务端为什么终止连接。第三章讲到关闭握手的时候再详细讨论这两个参数。

// 成功结束会话
ws.close(1000, "Closing normally");
//1000是状态码,代表正常结束。

WebSocket 属性

WebSocket对象有三个属性,readyState,bufferedAmount和Protocol。

readyState:

WebSocket对象通过只读属性readyState来传达连接状态,它会更加连接状态自动改变。下表展示了readyState属性的四个不同的值。

属性
状态
WebSocket.CONNECTING
0
连接正在进行,但还没有建立
WebSocket.OPEN
1
连接已经建立,可以发送消息。
WebSocket.CLOSING
2
连接正在进行关闭握手
WebSocket.CLOSED
3
连接已经关闭或不能打开

 

 

 

 

了解当前连接的状态有助于我们调试。

bufferedAmount:

     有时候需要检查传输数据的大小,尤其是客户端传输大量数据的时候。虽然send()方法会马上执行,但数据并不是马上传输。浏览器会缓存应用流出的数据,你可以使用bufferedAmount属性检查已经进入队列但还未被传输的数据大小。这个值不包含协议框架、操作系统缓存和网络软件的开销。
下面这个例子展示了如何使用bufferedAmount属性每秒更新发送。如果网络不能处理这个频率,它会自适应。
// 10k
var THRESHOLD = 10240;
//建立连接
var ws = new WebSocket("ws://echo.websocket.org");
// Listen for the opening event
ws.onopen = function () {
setInterval( function() {
//缓存未满的时候发送
if (ws.bufferedAmount < THRESHOLD) {
ws.send(getApplicationState());
}
}, 1000);
};
//使用bufferedAmount属性发送数据可以避免网络饱和。

protocol:

      在构造函数中,protocol参数让服务端知道客户端使用的WebSocket协议。而WebSocket对象的这个属性就是指的最终服务端确定下来的协议名称,当服务端没有选择客户端提供的协议或者在连接握手结束之前,这个属性都是空的。

完整实例

     现在我们已经过了一遍WebSocket的构造函数、事件、属性和方法,接下来通过一个完整的实例来学习WebSocket API。实例使用“Echo”服务器:ws://echo.websocket.org,它能够接受和返回发过去的数据。这样有助于理解WebSocket API是如何和服务器交互的。
首先,我们先建立连接,让页面展示客户端连接服务端的信息,然后发送、接受消息,最后关闭连接。
  <h2>Websocket Echo Client</h2>
    <div id="output"></div>
     // 初始化连接和事件
        function setup() {
            output = document.getElementById("output");
            ws = new WebSocket("ws://echo.websocket.org/echo");
            // 监听open
            ws.onopen = function (e) {
                log("Connected");
                sendMessage("Hello WebSocket!");
            }
            // 监听close
            ws.onclose = function (e) {
                log("Disconnected: " + e.reason);
            }
            //监听errors
            ws.onerror = function (e) {
                log("Error ");
            }
            // 监听 messages 
            ws.onmessage = function (e) {
                log("Message received: " + e.data);
                //收到消息后关闭
                ws.close();
            }
        }
        // 发送消息
        function sendMessage(msg) {
            ws.send(msg);
            log("Message sent");
        }
        // logging
        function log(s) {
            var p = document.createElement("p");
            p.style.wordWrap = "break-word";
            p.textContent = s;
            output.appendChild(p);
            // Also log information on the javascript console
            console.log(s);
        }
        // Start 
        setup();

判断浏览器是否支持:

if (window.WebSocket){
console.log("This browser supports WebSocket!");
} else {
console.log("This browser does not support WebSocket.");
}