淺析nodejs實現Websocket的數據接收與發送_node.js

WebSocket是一個通信的協議，分為服務器和客戶端。服務器放在后臺，保持與客戶端的長連接，完成雙方通信的任務?？蛻舳艘话愣际菍崿F在支持HTML5瀏覽器核心中，通過提供JavascriptAPI使用網頁可以建立websocket連接。

在我寫這篇文章里：基于html5和nodejs相結合實現websocket即使通訊，里面主要是借助了nodejs-websocket這個插件，后來還用了socket.io做了些demo，但是，這些都是借助于別人封裝好的插件做出來的，websocket到底是怎么實現的呢？之前真沒想過，最近看樸靈大神的《深入淺析node.js》時候，看到了websocket那一節，看了websocket的數據幀定義，想著用nodejs實現。經過一番折騰實現了。

客戶端的代碼就不說了，websocket的API還是很簡單的，就通過onmessage、onopen、onclose，以及send方法就可以實現了。
websocket api通過onmessage、onopen、onclose以及send方法實現客戶端的代碼。具體詳情就不多說了。

主要說服務端的代碼：

首先是協議的升級，這個比較簡單，就簡述一下：當在客戶端執行new Websocket("ws://XXX.com/")的時候，客戶端就會發起請求報文進行握手申請，報文中有個很重要的key就是Sec-WebSocket-Key，服務端獲取到key，然后將這個key與字符串258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11相連，對新的字符串通過sha1安全散列算法計算出結果后，再進行base64編碼，并且將結果放在請求頭的"Sec-WebSocket-Accept"中返回即可完成握手。具體請看代碼：

upgrade事件其實是http這個模塊的封裝，再往底層就是net模塊的實現，其實都差不多，如果直接用net模塊來實現的話，就是監聽net.createServer返回的server對象的data事件，接收到的第一份數據就是客戶端發來的升級請求報文。

上面那段代碼就完成了websocket的握手，然后就可以開始數據傳輸了。

看數據傳輸之前，先看看websocket數據幀的定義（因為覺得深入淺出nodejs里的幀定義圖最容易理解，所以就貼這張了）：

上面的圖中，每一列就是一個字節，一個字節總共是8位，每一位就是一個二進制數，不同位的值會對應不同的意義。

fin：指示這個是消息的最后片段。第一個片段可能也是最后的片段。如果為1即為最后片段，（其實這個位的用途我個人有點疑惑，按照書上以及網上查的資料，當數據被分片的時候，不同片應該都會有fin位，會根據fin為是不是0來判斷是否為最后一幀，但是實際實現中卻發現，當數據比較大需要分片時，服務端收到的數據就只有第一幀是有fin位為1，其他幀則整個幀都是數據段，也就是說，感覺這個fin位似乎用不上，至少我自己寫的demo中是通過數據長度來判斷是否到了最后一幀，完全沒用到這個fin位是否為1來判斷）

rsv1、rsv2、rsv3：各占一個位，用于擴展協商，基本上不怎么需要理，一般都是0

opcode：占四個位，可以表示0~15的十進制，0表示為附加數據幀，1表示為文本數據幀，2表示二進制數據幀，8表示發送一個連接關閉的數據幀，9表示ping，10表示pong，ping和pong都是用于心跳檢測，當一端發送ping時，另一端必須響應pong表示自己仍處于響應狀態。

masked：占一個位，表示是否進行掩碼處理，客戶端發送給服務端時為1，服務端發送給客戶端時為0

payload length：占7位，或者7+16位、或者7+64位。如果第二個字節的后面七個位的十進制值小于或等于125，則直接用這七個位表示數據長度；如果該值為126，說明 125<數據長度<65535（16個位能描述的最大值，也就是16個1的時候），就用第三個字節及第四個字節即16個位來表示；如果該值為127，則說明數據長度已經大于65535，16個位也已經不足以描述數據長度了，就用第三到第十個字節這八個字節來描述數據長度。

masking key：當masked為1的時候才存在，用于對我們需要的數據進行解密。

payload data：我們需要的數據，如果masked為1，該數據會被加密，要通過masking key進行異或運算解密才能獲取到真實數據。

幀定義解釋完了，就可以根據數據來進行解析了，當有data過來的時候，先獲取需要的數據信息，下面這段代碼將獲取到數據在data里的位置，以及數據長度，masking key以及opcode：

代碼中均有注釋，理解起來應該不難，直接看下一步，獲取到數據信息后，就要對數據進行實際解析了：

經過上面handleDataStat方法的處理，stat中已經有了data的相關數據，先判斷opcode，如果為9說明是客戶端發起的ping心跳檢測，直接返回pong響應，如果為10則為服務端發起的心跳檢測。如果有masking key，則遍歷數據段，對每個字節都與masking key的字節進行異或運算（網上看到一個說法很形象：就是輪流發生X關系），^符號就是進行異或運算啦。如果沒有masking key則直接通過slice方法把數據截取下來。

獲取到數據后，放進datas里保存，因為有可能數據被分片了，所以再將stat里的長度減去當前數據長度，只有當stat里的長度為0的時候，說明當前幀為最后一幀，然后通過Buffer.concat將所有數據合并，此時再判斷一下opcode，如果opcode為8，則說明客戶端發起了一個關閉請求，而我們獲取到的數據則是關閉原因。如果不為8，則這數據就是我們需要的數據。然后再將stat重置為null，datas數組置空即可。至此，我們的數據解析就完成了。

完成了客戶端發來的數據解析，還需要一個服務端發數據至客戶端的方法，也就是按照上面所說的幀定義來組裝數據并且發送出去。下面的代碼中基本上每一行都有注釋，應該還是比較容易理解的。

最后還要實現一個功能，就是心跳檢測：防止服務端長時間不與客戶端交互而導致客戶端關閉連接，所以每隔十秒都會發送一次ping進行心跳檢測

至此，整個websocket的實現就完成了，此demo只是大概實現了一下websocket而已，在安全之類方面肯定還是有很多問題，若是真正生產環境中還是用socket.io這類成熟的插件比較好。不過這還是很值得一學的。

以上內容就是小編給大家分享的淺析nodejs實現Websocket的數據接收與發送的全部內容，希望大家喜歡。

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