Node.js+Express+Nodemon+Socket.IO构建Web实时通信

晨之清风2023-11-30 23:15

陈拓 2023/11/23-2023/11/27

1. 简介

  • Websocket

WebSocket是一种在单个TCP连接上提供全双工通讯的协议。特别适合需要持续数据交换的服务，例如在线游戏、实时交易系统等。

  • Websocket与Ajax之间的区别

Ajax代表异步JavaScript和XML。它被用作一组Web开发技术，使Web开发变得更加容易。它可以说是客户端的Web技术，用于创建异步Web应用程序。使用 Ajax，Web应用程序可以从给定服务器检索数据，而无需更改当前行为。

它们在创建网页时都很有用。当需要传统的请求-响应时，可以使用Ajax，当涉及实时通信并且需要快速结果时，可以使用Websockets。

  • socket.io.js

官方网址：

https://socket.io/zh-CN

Socket.IO是一个基于事件驱动的实时通信JavaScript库，可以在客户端和服务器之间建立持久连接，实现低延迟，双向，跨平台、跨浏览器的实时通信。

Socket.IO是构建在WebSocket协议之上的。

但要注意，Socket.IO不是WebSocket实现。尽管Socket.IO确实使用WebSocket进行传输，但它为每个数据包添加了额外的元数据，因此WebSocket客户端将无法成功连接到Socket.IO服务器，同样，Socket.IO客户端也将无法连接到普通WebSocket服务器。

2. 安装Node.js LTS

在安装Socket.IO之前要先安装Node.js。

2.1 Node.js简介

Javascript是浏览器客户端脚本语言，代码可以直接嵌在HTML文件中或在HTML中引用外部以.js结尾的文件。

Node.js是一个可以在后端服务器上运行Javascript脚本语言的环境。Node.js用C++编写，是一个Javascript命令解释器，是跨平台的。

类比Python运行环境可以让Python命令或脚本语言程序在计算机上运行。

npm的全称是 Node Package Manager，是随同 NodeJS 一起安装的包管理和分发工具，它可以很方便的让前端开发者下载、安装、上传以及管理已经安装的包。

下面的操作我们在Win10系统上使用ssh操作Linux服务器，操作说明请参考：

《Win10命令窗口的SSH和SFTP操作》

https://blog.csdn.net/chentuo2000/article/details/119918637?spm=1001.2014.3001.5501

2.2 安装Node.js

  • 查看最新版本

https://nodejs.org/en/download/

  • 安装最新版本的Node.js LTS（包含npm）

先根据最新版本号执行命令：

curl -sL https://deb.nodesource.com/setup_20.x | sudo -E bash -

......

根据提示执行命令：sudo apt-get install -y nodejs

  • 安装成功测试

在安装好node.js后可以在服务器的命令行进行以下操作进行进一步的测试。

  • 可以在命令行输入node以交互方式运行Javascript代码

例如：

  • 也可以node *.js的方式运行js文件

例如，将上面的3行代码写到一个test.js文件中

nano server.js

运行test.js：

  • 建立Web服务器

我们用Javascript写一个Web服务器程序，在node.js上运行，就启动了一个Web服务，下面详细说明。

2.3 node.js建立web服务器

  • 创建一个项目目录并进入它

mkdir inode

cd inode

  • 初始化package

凡是使用npm管理的项目，都需要初始化一个package.json文件。 ​

可以使用以下命令来初始化一个包（package就是应用程序）：

npm init

当执行这个命令时，它会通过问答的形式来一步步进行设置。如果不需要修改默认的配置，直接一路回车即可。如果想跳过向导，快速生成一个package.json 文件，可以执行以下命令：

npm init --yes

其中，--yes可以简写为-y。这时生成的package.json文件的配置项就是npm的默认配置。当然这个默认配置也是可以更改的，可以通过类似下面这样的形式来修改 npm 的默认配置：

npm config set init.author.name YOUR_NAME

npm config set init.author.email YOUR_EMAIL

当执行以上命令之后，之后再执行npm init命令时，package.json的作者姓名和邮箱都会初始化为我们设定的值。

npm init命令将引导您输入各种有关您的应用程序的详细信息，例如名称，版本号，描述等。最后，您将获得一个包含在package.json文件中的配置文件。

生成的package.json文件：

可以直接编辑修改package.json文件。

  • 创建服务器文件server.js并开始编写代码

touch server.js

nano server.js

写代码：

javascript 复制代码 
const http = require('http');

const hostname = '192.168.137.9';
const port = 3000;

const server = http.createServer((req, res) => {
  res.statusCode = 200;
  res.setHeader('Content-Type', 'text/plain');
  res.end('Hello World');
});

server.listen(port, hostname, () => {
  console.log(`Server running at http://${hostname}:${port}/`);
});

在此代码示例中，我们创建了一个HTTP服务器，并在该服务器上监听3000端口。当服务器收到请求时，它将在浏览器中返回"Hello World"

  • 启动服务器

node server.js

  • 从浏览器访问服务器

2.4 结束node.js进程，停止服务

在cmd窗口Ctrl+C退出node

用这种方式退出不会保留HTTP服务进程，再次启动服务时不会提示端口被占用。

3. 使用Express

Express官网：http://www.expressjs.com

Express是基于Node.js平台的快速、开放、极简的Web开发框架。

为什么要使用Express？

当我们创建服务器时，由Node.js提供的http内置模块使用复杂，开发效率低。

Express对node.js的http模块做了封装，通过Express可以使用更少的代码来实现Node.js的功能，可以极大提高开发效率。

3.1 安装Express

sudo npm install express --save

--save参数表示自动修改package.json文件，自动添加依赖项。

express安装到了~/node_modules目录下。

3.2 使用express访问html静态页面

在上一节的例子中，对于浏览器的请求响应是写在server.js中的，对于复杂的网页我们写成html文件，下面用一个简单的例子演示。

  • 在前面的inode目录下面再创建目录public

mkdir public

html、css、js、图片等静态资源都放在public目录下面。

  • 在目录public中创建一个页面index.html

nano public/index.html

html 复制代码 
<html>
<p>Hello World!</p>
</html>
  • 写服务器js文件

服务器的js文件还放在inode目录下面。

nano server_express.js

写代码：

javascript 复制代码 
// server_express.js
const express = require('express');	
const path = require('path');
const app = express();

app.use(express.static(path.join(__dirname, 'public')));

const hostname = '192.168.137.9';
const port = 3000;

app.listen(port, hostname, () => {
  console.log(`Server running at http://${hostname}:${port}/`);
});
  • 启动服务器

node server_express.js

  • 从浏览器访问服务器

4. 使用Nodemon

为什么要使用Nodemon？

在编写调试Node.js项目的时候，如果修改了项目的代码，需要手动结束node.js进程，停止服务，然后再重新启动，非常繁琐。

Nodemon基于Node.js开发，是一个监视文件变化并自动重启应用程序的工具，能够监听项目中文件的变动，当代码被修改后，nodemon会帮我们自动重启项目，极大方便了开发和调试。

4.1 安装Nodemon

sudo npm install -g nodemon

-g表示全局范围安装。

-g： 为 --global 的缩写，表示安装到全局目录里

Node.js的全局目录是用来存放全局安装的模块或者包的，全局安装指的是针对整个系统，而不是针对某一个项目，安装的包或者模块可以在系统中的任何地方引用。

nodemon安装到了全局目录/usr/bin/nodemon下。

4.2 使用Nodemon

  • 启动应用程序

nodemon app.js

这会启动你的应用程序，并监视相关文件的变化。

  • 指定监视文件的扩展名

nodemon --ext js,html,css app.js

通过--ext参数，你可以指定Nodemon监视的文件扩展名。

  • 忽略特定文件或文件夹

nodemon --ignore public/ app.js

使用--ignore参数可以忽略指定的文件或文件夹。

  • 监视子文件夹

nodemon --recursive app.js

通过--recursive参数，Nodemon可以监视子文件夹中的文件变化。

  • 在控制台输出详细日志

nodemon --verbose app.js

使用--verbose参数可以打印出更多的日志信息。

5. 在服务器端安装使用Socket.IO

5.1 我的服务器系统架构和操作系统版本

5.2 安装Socket.IO

  • 安装socket.io库

sudo npm install socket.io

socket.io安装在node_modules目录。

5.3 官方入门示例：一个简单的聊天程序

https://socket.io/zh-CN/get-started/chat

在本指南中，我们将创建一个基本的聊天应用程序。它几乎不需要具备Node.JS或Socket.IO的基本知识，因此它非常适合所有知识级别的用户。

5.3.1 介绍

使用LAMP（PHP）等流行的web应用程序栈编写聊天应用程序通常非常困难。它包括轮询服务器以获取更改，跟踪时间戳，而且速度比应该的慢得多。

传统上，套接字（Sockets）是大多数实时聊天系统的解决方案，它提供了客户端和服务器之间的双向通信通道。

这意味着服务器可以向客户端推送消息。每当你写聊天消息时，服务器会得到它，并将消息推送给所有与服务器连接的客户端。

5.3.2 web框架

该示例使用Node.JS的web框架express。

第一个目标是建立一个简单的HTML网页，提供一个表单和一个消息列表。我们将使用Node.JS的web框架express来构建示例代码。

  • 我们先建一个空目录chat-example。

mkdir chat-example

  • cd chat-example
  • 创建一个package.json清单文件来描述我们的项目

nano package.json

XML 复制代码 
{
  "name": "socket-chat-example",
  "version": "0.0.1",
  "description": "my first socket.io app",
  "dependencies": {}
}

注意：

"name"属性必须是唯一的，不能使用像"socket.io"或"express"这样的值。

  • 创建一个index.js文件来设置我们的应用程序。

nano index.js

javascript 复制代码 
const express = require('express');
const app = express();
const http = require('http');
const server = http.createServer(app);

app.get('/', (req, res) => {
  res.send('<h1>Hello world</h1>');
});

server.listen(3000, '192.168.137.9', () => {
  console.log('listening on 192.168.137.9:3000');
});

说明：

Express将应用程序初始化为可以提供给HTTP服务器的函数处理程序（如第4行所示）。

我们定义了一个路由处理程序，当我们访问我们的网站主页时会调用它。

我们让http服务器在端口3000上侦听。

192.168.137.9是我的内网服务器ccde的ip地址。

  • 运行index.js

可以用命令node index.js运行index.js

如果代码有改变，需要重新启动Web服务。

也可以用前面安装的nodemon来运行index.js，这样可以在修改代码时自动重启Web服务。

用Ctrl + c结束index.js的运行，重新用nodemon启动它。

nodemon index.js

同样，可以用Ctrl + C结束用nodemon运行的index.js。

  • 在浏览器上访问192.168.137.9:3000

我使用谷歌浏览器Chrome。

http://192.168.137.9:3000/

5.3.3 使用HTML

到目前为止，在index.js中，我们调用res.send并向其传递一个HTML字符串。如果我们把整个应用程序的HTML都放在那里，我们的代码看起来会非常混乱，所以我们将创建一个index.HTML文件并在index.js使用它。

在index.js中让我们重构路由处理程序，改为使用sendFile。

因为我们用nodemon运行的index.js，要先写html文件，再改index.js。

  • 写一个index.html文件

目前index.js还在nodemon控制下运行，我们重新打开一个CMD窗口来写index.html。

html 复制代码 
<!DOCTYPE html>
<html>
  <head>
    <title>Socket.IO chat</title>
    <style>
      body { margin: 0; padding-bottom: 3rem; font-family: -apple-system, BlinkMacSystemFont, "Segoe UI", Roboto, Helvetica, Arial, sans-serif; }

      #form { background: rgba(0, 0, 0, 0.15); padding: 0.25rem; position: fixed; bottom: 0; left: 0; right: 0; display: flex; height: 3rem; box-sizing: border-box; backdrop-filter: blur(10px); }
      #input { border: none; padding: 0 1rem; flex-grow: 1; border-radius: 2rem; margin: 0.25rem; }
      #input:focus { outline: none; }
      #form > button { background: #333; border: none; padding: 0 1rem; margin: 0.25rem; border-radius: 3px; outline: none; color: #fff; }

      #messages { list-style-type: none; margin: 0; padding: 0; }
      #messages > li { padding: 0.5rem 1rem; }
      #messages > li:nth-child(odd) { background: #efefef; }
    </style>
  </head>
  <body>
    <ul id="messages"></ul>
    <form id="form" action="">
      <input id="input" autocomplete="off" /><button>Send</button>
    </form>
  </body>
</html>
  • 修改index.js

nano index.js

修改代码中粗体显示的部分：

javascript 复制代码 
const express = require('express');
const app = express();
const http = require('http');
const server = http.createServer(app);

app.get('/', (req, res) => {
  res.sendFile(__dirname + '/index.html');
});

server.listen(3000, '192.168.137.9', () => {
  console.log('listening on 192.168.137.9:3000');
});
  • 在浏览器上访问192.168.137.9:3000

因为我们使用了nodemon运行index.js，所以不用重启index.js。

在第一个CMD窗口可以看到nodemon为我们重启了Web服务。

5.3.4 集成Socket.IO
  • Socket.IO由两部分组成

  1. 与Node.JS集成（或装载在Node.JS上）的HTTP服务器 socket.io。

  2. 一个加载在浏览器端的socket.io-client客户端库

在开发过程中，socket.io会自动为我们的客户端提供服务，因此目前我们只需要在服务端安装一个socket.io模块。这个模块我们在前面已经安装好了。

  • 在index.html中的</body>标签之前添加以下代码段

nano index.html

html 复制代码 
<script src="/socket.io/socket.io.js"></script>
<script>
  var socket = io();
</script>

这就是加载socket.io-client所需的全部内容，它暴露了一个io全局变量（以及端点GET/socket.io/socket.io.js）socket，然后进行连接。

请注意，当我调用io()时，我没有指定任何URL，因为它默认尝试连接到为页面提供服务的主机。

为例响应index.html的socket.io连接请求，我们需要修改index.js。

nano index.js

javascript 复制代码 
const express = require('express');
const app = express();
const http = require('http');
const server = http.createServer(app);
const { Server } = require("socket.io");
const io = new Server(server);

app.get('/', (req, res) => {
  res.sendFile(__dirname + '/index.html');
});

io.on('connection', (socket) => {
  console.log('a user connected');
});

server.listen(3000, '192.168.137.9', () => {
  console.log('listening on 192.168.137.9:3000');
});

请注意，我通过传递服务器（HTTP服务器）对象来初始化socket.io的一个新实例。然后，我监听传入套接字socket的连接事件，并将其日志记录输出到控制台。

  • 在浏览器上查看

nodemon已经为我们重启了Web服务，直接刷新浏览器就可以。

点击3次浏览器刷新，在服务端的控制台上会看到客户端的连接消息。

  • 断开连接事件disconnect event

每个套接字socket还会触发一个特殊的断开连接事件disconnect event

javascript 复制代码 
io.on('connection', (socket) => {
  console.log('a user connected');
  socket.on('disconnect', () => {
    console.log('user disconnected');
  });
});
5.3.5 触发事件
  • Socket.IO背后的主要思想

IO指您可以发送和接收任何您需要的事件，以及任何您想要的数据。任何可以编码为JSON的对象都可以，二进制数据也受支持。

让我们这样做，当用户输入消息时，服务器会将其作为聊天消息事件 chat message获取。

  • 修改index.html中的脚本部分
html 复制代码 
<script src="/socket.io/socket.io.js"></script>
<script>
  var socket = io();

  var form = document.getElementById('form');
  var input = document.getElementById('input');

  form.addEventListener('submit', function(e) {
    e.preventDefault();
    if (input.value) {
      socket.emit('chat message', input.value);
      input.value = '';
    }
  });
</script>
  • 在index.js中，我们打印出聊天消息事件 chat message
javascript 复制代码 
io.on('connection', (socket) => {
  socket.on('chat message', (msg) => {
    console.log('message: ' + msg);
  });
});
  • 在浏览器上输入消息，并发送

先刷新一下页面，再发消息。

  • 在服务器控制台查看
5.3.6 广播

我们的下一个目标是将事件从服务器发送给其他用户。

为了向每个人发送一个事件，Socket.IO给了我们IO.emit()方法。

javascript 复制代码 
io.emit('some event', { someProperty: 'some value', otherProperty: 'other value' }); // This will emit the event to all connected sockets

如果你想向除某个socket（比如发送者）之外的所有人发送消息，我们使用广播标志broadcast ：

javascript 复制代码 
io.on('connection', (socket) => {
  socket.broadcast.emit('hi');
});

在本例中，为了简单起见，我们将把消息发送给每个人，包括发送者，见下面的index.js。

在客户端，当我们捕获到一个chat message事件时，我们会将其包含在页面中。客户端JavaScript代码的所有代码如下：

  • 修改index.html
html 复制代码 
<script src="/socket.io/socket.io.js"></script>
<script>
  var socket = io();

  var messages = document.getElementById('messages');
  var form = document.getElementById('form');
  var input = document.getElementById('input');

  form.addEventListener('submit', function(e) {
    e.preventDefault();
    if (input.value) {
      socket.emit('chat message', input.value);
      input.value = '';
    }
  });

  socket.on('chat message', function(msg) {
    var item = document.createElement('li');
    item.textContent = msg;
    messages.appendChild(item);
    window.scrollTo(0, document.body.scrollHeight);
  });
</script>
  • 修改index.js

在代码

javascript 复制代码 
io.on('connection', (socket) => {
  socket.on('chat message', (msg) => {
    console.log('message: ' + msg);
  });
});

之后添加：

javascript 复制代码 
io.on('connection', (socket) => {
  socket.on('chat message', (msg) => {
    io.emit('chat message', msg);
  });
});
  • 在浏览器上输入消息

点击Send，浏览器显示：

在同一个网络的计算机浏览器连接192.168.137.9:3000后都可以接收到这个消息，当然手机也可以。

  • 服务器控制台上显示

这就完成了我们的聊天应用程序，大约只需要20行代码！

5.3.7 作业

以下是一些改进应用程序的想法：

  • 当有人连接或断开连接时，向连接的用户广播消息。
  • 添加对昵称的支持。
  • 不要向发送消息的用户发送相同的消息。相反，只要用户按enter键，就直接附加消息。
5.3.8 获取完整的chat-example示例
  • 获取示例

cd ~/inode/

git clone https://github.com/socketio/chat-example.git

  • 运行测试

node index.js

为node.js安装sqlite3模块：

sudo npm install sqlite3 --save

再启动Web服务：

node index.js

再打开一个网页，连接http://192.168.137.9:3001

两个网页互相发送消息：

有条件可以用多台电脑进行测试。

附：卸载Node.js

如果第一次装node.js没装好，需要

卸掉重装，下面是卸载过程。

参考《如何卸载干净nodejs》

https://www.php.cn/faq/547208.html

  • 获取Node.js的安装位置：

whereis node

which node

根据输出结果，删除所有Node.js文件和目录。

  • 卸载Node.js

sudo apt-get remove --purge nodejs

  • 删除Node.js二进制文件

sudo rm -rf /usr/local/lib/node* /usr/local/bin/node* /usr/local/include/node* /usr/local/share/man/man1/node*

  • 删除NPM

sudo apt-get remove npm

sudo apt-get autoremove npm

  • 删除节点许可证

Node.js安装包内置MIT许可证，您可以在安装目录中找到它。

sudo find / -name LICENSE

sudo rm -r /usr/local/n

sudo rm -r /usr/local/lib/dtrace

  • 删除Node.js包存储

sudo rm -rf /usr/local/lib/node_modules

  • 删除Node.js模块

sudo rm -rf /usr/local/include/node /usr/local/lib/node_modules /usr/local/share/man/man1/node* /usr/local/bin/node

参考文档

  1. WebSocket之socket.io的基本使用
    https://blog.csdn.net/G_ing/article/details/129651543
  2. Web Sockets vs Ajax
    https://www.educba.com/web-sockets-vs-ajax/
  3. Nodemon详解，超全！！！------打造高效的Node.js开发环境
    https://blog.csdn.net/m0_72410588/article/details/131911655
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