深入学习 WebSocket 的连接建立过程

WebSocket 是一种在 Web 浏览器和服务器之间实现全双工通信的协议，它允许客户端和服务器之间建立持久连接，实现实时数据传输。在现代 Web 应用程序中，WebSocket 的作用愈发重要，它提供了一种更有效、低延迟的通信方式，适用于需要实时更新的场景。

基本语法

WebSocket 的基本语法包括在 JavaScript 中创建 WebSocket 对象，指定连接的 URL，并定义处理消息的回调函数。以下是一个简单的例子：

// 创建WebSocket对象
var socket = new WebSocket('ws://example.com/socket');

// 定义消息处理函数
socket.onmessage = function(event) {
  console.log('Received message:', event.data);
};

// 发送消息
socket.send('Hello, Server!');

WebSocket 调试工具

要调试 WebSocket，那就需要一个好的调试工具，这里我比较推荐 Apifox 。它支持调试 http（s）、WebSocket 、Socket、gRPC 、Dubbo 等多种协议的接口，这使得它成为了一个非常全面的接口测试工具！

WebSocket 连接步骤

步骤 1：连接建立事件

WebSocket 对象有一个onopen事件，表示连接已经建立。以下是使用方法：

socket.onopen = function(event) {
  console.log('WebSocket connection opened:', event);
};

步骤 2：消息发送

通过send方法向服务器发送消息：

socket.send('Hello, Server!');

步骤 3：消息接收

通过onmessage事件处理接收到的消息：

socket.onmessage = function(event) {
  console.log('Received message:', event.data);
};

步骤 4：连接关闭

通过onclose事件处理连接关闭：

socket.onclose = function(event) {
  console.log('WebSocket connection closed:', event);
};

实践案例

为了更深入地理解 WebSocket 的连接建立过程，我们将通过一个实际的案例演示如何创建、建立连接，并进行消息的发送与接收。

步骤 1：创建 WebSocket 对象

首先，在你的 JavaScript 代码中创建一个 WebSocket 对象。你需要提供 WebSocket 服务器的 URL。在这个例子中，我们使用ws://example.com/socket：

// 创建WebSocket对象
var socket = new WebSocket('ws://example.com/socket');

步骤 2：处理连接建立事件

一旦连接建立，WebSocket 对象会触发onopen事件。在这个事件处理程序中，你可以执行与连接建立相关的操作，例如在控制台中输出一条日志：

// 处理连接建立事件
socket.onopen = function(event) {
  console.log('WebSocket connection opened:', event);
};

步骤 3：发送和接收消息

现在，我们可以通过 WebSocket 对象发送和接收消息。发送消息使用send方法，接收消息则通过onmessage事件处理。在这个例子中，我们简单地发送一条消息并在控制台中打印接收到的消息：

// 发送消息
socket.send('Hello, Server!');

// 处理接收消息事件
socket.onmessage = function(event) {
  console.log('Received message:', event.data);
};

步骤 4：处理连接关闭

最后，我们需要处理连接关闭的情况。WebSocket 对象会在连接关闭时触发onclose事件，你可以在这个事件处理程序中执行必要的清理操作：

// 处理连接关闭事件
socket.onclose = function(event) {
  console.log('WebSocket connection closed:', event);
};

通过以上步骤，你已经建立了一个简单的 WebSocket 连接，并实现了消息的发送和接收功能。下面是更具体的实现代码，你可以复制到编辑器中运行。

服务器代码示例

首先，我们创建一个 WebSocket 服务器，文件名可命名为server.js，负责处理客户端连接和消息传递。

// 引入WebSocket模块
const WebSocket = require('ws');

// 创建WebSocket服务器，监听端口3000
const server = new WebSocket.Server({ port: 3000 });

// 当有客户端连接时触发
server.on('connection', (socket) => {
  console.log('Client connected');

  // 处理收到的消息
  socket.on('message', (data) => {
    console.log(`Received: ${data}`);

    // 广播消息给所有连接的客户端
    server.clients.forEach((client) => {
      if (client !== socket && client.readyState === WebSocket.OPEN) {
        client.send(data);
      }
    });
  });

  // 处理连接关闭
  socket.on('close', () => {
    console.log('Client disconnected');
  });
});

说明： 上述服务器代码使用 ws 模块创建了一个 WebSocket 服务器。当有客户端连接时，服务器监听并处理消息，并将接收到的消息广播给所有连接的客户端。

客户端代码示例

接下来，我们创建一个简单的命令行聊天应用作为 WebSocket 客户端，文件名可命名为client.js。

const WebSocket = require("ws");
const readline = require('readline');

// 创建WebSocket客户端，连接到服务器
const socket = new WebSocket('ws://localhost:3000');

// 当连接建立时触发
socket.onopen = () => {
  console.log('Connected to server');
  const rl = readline.createInterface({
    input: process.stdin,
    output: process.stdout,
  });

  // 通过命令行输入消息并发送给服务器
  rl.on('line', (input) => {
    // 发送用户输入的消息
    socket.send(input);
  });
};

// 当接收到服务器发送的消息时触发
socket.onmessage = (event) => {
  console.log(`Received: ${event.data}`);
};

// 当连接关闭时触发
socket.onclose = () => {
  console.log('Connection closed');
};

说明： 客户端代码使用 readline 模块创建一个命令行界面，允许用户输入消息并通过 WebSocket 发送到服务器。同时，客户端接收到服务器广播的消息时，在命令行显示接收到的内容。

运行服务端和客户端代码

在开始使用 WebSocket 之前，首先确保已经安装了 Node.js。并通过以下命令安装 ws 模块：

npm install ws

然后在 VSCode 中打开终端，分别运行服务端和客户端：

• 运行服务端：

node server.js

• 在新的终端窗口中运行客户端：

node client.js

确保你的系统中已经安装了 Node.js 和 npm。通过以上步骤，你可以在 vscode 中运行上述示例代码。

通过这个实践案例，我们演示了如何创建一个简单的实时聊天应用，其中 WebSocket 服务器和客户端能够进行双向通信。

提示、技巧和注意事项

• 安全性考虑： 确保使用安全的 WebSocket 连接（wss://）以加密数据传输。
• 心跳机制： 实现心跳机制以保持连接活跃，防止连接断开。
• 错误处理： 添加适当的错误处理，以处理连接失败或其他异常情况。

在 Apifox 中调试 WebSocket

如果你要调试 WebSocket 接口，并确保你的应用程序能够正常工作。这时，一个强大的接口测试工具就会派上用场。

Apifox 是一个比 Postman 更强大的接口测试工具，Apifox = Postman + Swagger + Mock + JMeter。它支持调试 http（s）、WebSocket、Socket、gRPC、Dubbo 等多种协议的接口，这使得它成为了一个非常全面的接口测试工具。

首先在 Apifox 中新建一个 HTTP 项目，然后在项目中添加 WebSocket 接口。

接着输入 WebSocket 的服务端 URL，例如：ws://localhost:3000，然后保存并填写接口名称，然后确定即可。

点击"Message 选项"然后写入"你好啊，我是 Apifox"，然后点击发送，你会看到服务端和其它客户端都接收到了信息，非常方便，快去试试吧！

以下用 Node.js 写的 WebSocket 服务端和客户端均收到了消息。

总结

WebSocket 提供了一种强大的实时通信机制，通过简单的 API 就能实现连接建立、消息传递等功能。在开发实时应用程序时，WebSocket 是一个不可或缺的工具，它为用户提供了更流畅的体验。

参考链接

• MDN Web Docs - WebSocket
• WebSocket: A Conceptual Deep Dive

学习更多：

• WebSocket ACK：提高通信可靠性
• WebSocket 的请求头(header)中如何携带 authorization