05 | Swoole 源码分析之 WebSocket 模块

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大家好，我是码农先森。

引言

WebSocket 是一种在单个 TCP 连接上进行全双工通信的协议。它允许客户端和服务器之间进行实时数据传输。

与传统的 HTTP 请求-响应模型不同，WebSocket 可以保持双向通信通道，从而使得服务器能够主动向客户端推送数据。

Swoole 中的 WebSocket 服务

下面这段代码是从Swoole 官方网站上的引用，从代码中可以看出创建了一个 WebScoket 对象且设置对应的 IP 地址及监听端口，同时还设置了四个回调方法处理对应的事件。

最后，调用 $server->start() 真正的启动 WebScoket 服务。

$server = new Swoole\Websocket\Server('127.0.0.1', 9502);

$server->on('start', function ($server) {
    echo "Websocket Server is started at ws://127.0.0.1:9502\n";
});

$server->on('open', function($server, $req) {
    echo "connection open: {$req->fd}\n";
});

$server->on('message', function($server, $frame) {
    echo "received message: {$frame->data}\n";
    $server->push($frame->fd, json_encode(['hello', 'world']));
});

$server->on('close', function($server, $fd) {
    echo "connection close: {$fd}\n";
});

$server->start();

那么接下来，我们就从源码角度来分析 Swoole 对 WebSocket 的实现。

源码拆解

这个函数的主要作用是启动 Server 服务。

static void php_swoole_server_onStart(Server *serv) {
	// 锁定 Server 对象操作
    serv->lock();
    
    // 从 Server 对象中获取到 onStart 回调函数
    zval *zserv = (zval *) serv->private_data_2;
    ServerObject *server_object = server_fetch_object(Z_OBJ_P(zserv));
    auto fci_cache = server_object->property->callbacks[SW_SERVER_CB_onStart];

	...

	// 通过 zend::function::call 调用 PHP 层注册的 onStart 处理函数，并传递参数
    if (fci_cache && UNEXPECTED(!zend::function::call(fci_cache, 1, zserv, nullptr, serv->is_enable_coroutine()))) {
        php_swoole_error(E_WARNING, "%s->onStart handler error", SW_Z_OBJCE_NAME_VAL_P(zserv));
    }
    
    // 解锁 Server 对象操作
    serv->unlock();
}

这个函数主要作用是 WebSocket 服务针对客户端建立连接时事件的处理。

void swoole_websocket_onOpen(Server *serv, HttpContext *ctx) {
    // 通过 session_id 获取与特定客户端连接相关的 Connection 对象
    Connection *conn = serv->get_connection_by_session_id(ctx->fd);
    if (!conn) {
        swoole_error_log(SW_LOG_TRACE, SW_ERROR_SESSION_NOT_EXIST, "session[%ld] is closed", ctx->fd);
        return;
    }
    
    // Server 对象中获取在 PHP 层设置的回调函数 onOpen。
    zend_fcall_info_cache *fci_cache = php_swoole_server_get_fci_cache(serv, conn->server_fd, SW_SERVER_CB_onOpen);
    if (fci_cache) {
        zval args[2];
        args[0] = *((zval *) serv->private_data_2);
        args[1] = *ctx->request.zobject;
        // 通过 zend::function::call 调用 PHP 层注册的 onOpen 处理函数，并传递参数
        if (UNEXPECTED(!zend::function::call(fci_cache, 2, args, nullptr, serv->is_enable_coroutine()))) {
            php_swoole_error(E_WARNING, "%s->onOpen handler error", ZSTR_VAL(swoole_websocket_server_ce->name));
            serv->close(ctx->fd, false);
        }
    }
}

这个函数主要作用是 WebSocket 服务器针对客户端发送消息事件的处理。

int swoole_websocket_onMessage(Server *serv, RecvData *req) {
    SessionId fd = req->info.fd;
    uchar flags = 0;
    zend_long opcode = 0;
    // 从接收到的数据中获取客户端的 session_id，并根据 session_id 获取对应的端口信息
    auto port = serv->get_port_by_session_id(fd);
    if (!port) {
        return SW_ERR;
    }

    zval zdata;
    char frame_header[2];
    // 从接收到的数据中解析出 WebSocket 消息的帧头信息和消息内容
    memcpy(frame_header, &req->info.ext_flags, sizeof(frame_header));

    php_swoole_get_recv_data(serv, &zdata, req);

    // 解析出 WebSocket 消息的标志位和操作码
    flags = frame_header[0];
    opcode = frame_header[1];

    // 根据操作码和服务的设置，判断是否需要特殊处理 Close、Ping 或 Pong 类型的消息
    if ((opcode == WebSocket::OPCODE_CLOSE && !port->open_websocket_close_frame) ||
        (opcode == WebSocket::OPCODE_PING && !port->open_websocket_ping_frame) ||
        (opcode == WebSocket::OPCODE_PONG && !port->open_websocket_pong_frame)) {
        if (opcode == WebSocket::OPCODE_PING) {
			...
        }
        zval_ptr_dtor(&zdata);
        return SW_OK;
    }

	...

	// Server 对象中获取在 PHP 层设置的回调函数 onMessage
    zend_fcall_info_cache *fci_cache =
        php_swoole_server_get_fci_cache(serv, req->info.server_fd, SW_SERVER_CB_onMessage);
    zval args[2];

    args[0] = *(zval *) serv->private_data_2;
    // 构造一个 WebSocket 消息帧的数据结构，并将结果存储在 args[1]
    php_swoole_websocket_construct_frame(&args[1], opcode, &zdata, flags);
    zend_update_property_long(swoole_websocket_frame_ce, SW_Z8_OBJ_P(&args[1]), ZEND_STRL("fd"), fd);

    // 通过 zend::function::call 调用 PHP 层注册的 onMessage 处理函数，并传递相应参数
    if (UNEXPECTED(!zend::function::call(fci_cache, 2, args, nullptr, serv->is_enable_coroutine()))) {
        php_swoole_error(E_WARNING, "%s->onMessage handler error", ZSTR_VAL(swoole_websocket_server_ce->name));
        serv->close(fd, false);
    }

    // 释放 zdata 和 args[1] 占用的内存
    zval_ptr_dtor(&zdata);
    zval_ptr_dtor(&args[1]);

    return SW_OK;
}

这个函数的主要作用是关闭 Server 服务。

void php_swoole_server_onClose(Server *serv, DataHead *info) {
    ...
    
    // Server 对象中获取在 PHP 层设置的回调函数 onClose
    auto *fci_cache = php_swoole_server_get_fci_cache(serv, info->server_fd, SW_SERVER_CB_onClose);
    Connection *conn = serv->get_connection_by_session_id(session_id);
    if (!conn) {
        return;
    }
    
    // 检查当前的 WebSocket 连接状态是否为非活动状态
    if (conn->websocket_status != swoole::websocket::STATUS_ACTIVE) {
        // 获取与当前连接相关的监听端口信息
        ListenPort *port = serv->get_port_by_server_fd(info->server_fd);
       	// 如果该端口开启了 WebSocket 协议，且设置了 onDisconnect 回调函数
        if (port && port->open_websocket_protocol &&
            php_swoole_server_isset_callback(serv, port, SW_SERVER_CB_onDisconnect)) {
            // 获取 onDisconnect 回调函数
            fci_cache = php_swoole_server_get_fci_cache(serv, info->server_fd, SW_SERVER_CB_onDisconnect);
        }
    }
    if (fci_cache) {
    
        ...

		// 通过 zend::function::call 调用 PHP 层注册的 onDisconnect 处理函数，并传递相应参数
        if (UNEXPECTED(!zend::function::call(fci_cache, argc, args, nullptr, serv->enable_coroutine))) {
            php_swoole_error(E_WARNING, "%s->onClose handler error", SW_Z_OBJCE_NAME_VAL_P(zserv));
        }
        
		...
    }
	
	...

}

这个函数的作用是断开 WebSocket 客户端的连接，并发送关闭帧。

static PHP_METHOD(swoole_websocket_server, disconnect) {
	// 从 ZEND_THIS 中获取 Server 对象
    Server *serv = php_swoole_server_get_and_check_server(ZEND_THIS);
    
    ...
    
    // 清空全局的 WebSocket 缓冲区
    swoole_websocket_buffer->clear();
    
    // 将关闭帧数据打包到 WebSocket 缓冲区中
    if (WebSocket::pack_close_frame(swoole_websocket_buffer, code, data, length, 0) < 0) {
        RETURN_FALSE;
    }
    
    // 调用 swoole_websocket_server_close 函数来关闭客户端连接，并返回结果
    RETURN_BOOL(swoole_websocket_server_close(serv, fd, swoole_websocket_buffer, 1));
}

这个函数的作用是在 WebSocket 服务中关闭客户端连接的操作。

static sw_inline bool swoole_websocket_server_close(Server *serv, SessionId fd, String *buffer, bool real_close) {
    // 尝试将数据推送给客户端，用于判断是否已经关闭连接
    bool ret = swoole_websocket_server_push(serv, fd, buffer);
    if (!ret || !real_close) {
        return ret;
    }
    
    // 获取到客户端连接相关的 Connection 对象
    Connection *conn = serv->get_connection_by_session_id(fd);
    if (conn) {
        // 将该连接的 websocket_status 改变为 WebSocket::STATUS_CLOSING
        conn->websocket_status = WebSocket::STATUS_CLOSING;
        // 立即关闭连接
        return serv->close(fd, false);
    } else {
        return false;
    }
}

总结

• 在 Swoole 中 WebSocket 服务是继承于 Http 服务。
• 在实际的使用过程中是通过 Http 服务来握手升级成 WebSocket 服务。
• WebSocket 协议的出现解决了通过传统轮询方式来通信的效率问题。
• 同时也为 PHP 在双向通信解决方式上提供了新的解决方案。