ASP .NET CORE 6 项目实现WebSocket通信实践

一、简介

WebSocket 是一种计算机通信协议，提供了全双工通信通道，特别适用于需要频繁更新数据的应用，如实时聊天、在线游戏和股票行情等。它在 Web 应用中有着广泛的应用，因为它能够在客户端和服务器之间建立持久连接，从而实现低延迟、高效的数据传输。

二、WebSocket 原理

1. 握手过程：

   • 客户端发起 HTTP 请求，通过 Upgrade 头部字段请求升级到 WebSocket 协议。
   • 服务器接收到请求后，如果支持 WebSocket，则返回一个 101 状态码响应，表示协议切换成功。

2. 建立连接：

   • 握手成功后，客户端和服务器之间建立了一条持久连接，可以通过这个连接进行双向通信。

3. 数据传输：

   • 数据以帧（frame）的形式传输，每个帧包含一个固定的头部和可变长度的数据部分。
   • 帧可以是文本帧、二进制帧、关闭帧、Ping 帧或 Pong 帧。

4. 关闭连接：

   • 任一方都可以发送关闭帧来终止连接，另一方接收到关闭帧后也会发送一个关闭帧作为响应，然后连接关闭。

三、WebSocket 的作用

1. 实时通信：

   • WebSocket 提供了低延迟的双向通信，非常适合实时应用，如在线聊天、协作编辑和多人游戏等。

2. 减少网络开销：

   • 与传统的轮询方式相比，WebSocket 减少了不必要的 HTTP 请求和响应，从而降低了网络开销和服务器负载。

3. 高效的数据传输：

   • WebSocket 使用较小的头部信息，并且在连接建立后无需重复握手过程，使得数据传输更加高效。

4. 保持长连接：

   • 一旦建立连接，客户端和服务器之间可以持续通信，不需要频繁重新建立连接。

5. 跨平台支持：

   • WebSocket 被广泛支持，包括现代浏览器、移动设备和各种服务器框架，使其成为构建跨平台实时应用的理想选择。

四、项目实践

1、新建WEB API 项目

2、新增WebStock拦截中间件：WebSocketMiddleware.cs

public class WebSocketMiddleware
{
    private readonly RequestDelegate _requestDelegate;
    public WebSocketMiddleware(RequestDelegate requestDelegate)
    {
        _requestDelegate=requestDelegate;
    }
    public async Task InvokeAsync(HttpContext context)
    {
        if (context.Request.Path == "/ws" && context.WebSockets.IsWebSocketRequest == true) 
        { 
            using(var webSocket = await context.WebSockets.AcceptWebSocketAsync())
            {
                await Echo(webSocket);
            }
        }
        else
        {
            await _requestDelegate(context);
        }
    }
    private async Task Echo(WebSocket webSocket)
    {
        //封装数组片段：ArraySegment<T> 封装了一个数组及其指定的范围（起始索引和长度），使得可以对数组的某一部分进行操作，而不需要复制数组
        var buffer = new byte[1024 * 4];
        WebSocketReceiveResult result = await webSocket.ReceiveAsync(new ArraySegment<byte>(buffer), CancellationToken.None);
        while(!result.CloseStatus.HasValue)
        {              
            var receivedMessage = Encoding.UTF8.GetString(buffer);
            Console.WriteLine(receivedMessage);
            //回显：在网络通信中，"Echo" 表示将接收到的数据原样返回给发送方
            var responseMessage = $"Echo:{receivedMessage}";
            var bytesToSend = Encoding.UTF8.GetBytes(responseMessage);
            await webSocket.SendAsync(new ArraySegment<byte>(bytesToSend),result.MessageType,result.EndOfMessage,CancellationToken.None);
            result = await webSocket.ReceiveAsync(new ArraySegment<byte>(buffer), CancellationToken.None);
        }            
        await webSocket.CloseAsync(result.CloseStatus.Value, result.CloseStatusDescription, CancellationToken.None);        
    }      
}

3、Program程序入口注册使用WebStock中间件：

//添加WebSocket支持
app.UseWebSockets();
app.UseMiddleware<WebSocketMiddleware>();

4、新建WebStock控制器，用于测试WebStock通信：

public class WebSocketController : ControllerBase
{
    // GET: api/<WebSocketController>
    [HttpGet("Requset")]
    public async Task<IActionResult> Resquest()
    {
        //using MiniProfiler.Current.Step("Web Stock request");
        using (MiniProfiler.Current.Step("Web Stock request"))
        using (ClientWebSocket webSocket = new ClientWebSocket())
        {
            Uri uri = new Uri("ws://localhost:8084/ws");
            //创建连接
            await webSocket.ConnectAsync(uri, CancellationToken.None);
            Console.WriteLine("webSocker Connect Successfully!");

            //发送消息
            string sendMessage = "你好，我是WebSocket请求者！";
            var bytes = Encoding.UTF8.GetBytes(sendMessage);
            await webSocket.SendAsync(new ArraySegment<byte>(bytes), WebSocketMessageType.Text, true, CancellationToken.None);
            Console.WriteLine($"Send:{sendMessage}");

            //接收消息
            byte[] buffer = new byte[1024 * 4];
            await webSocket.ReceiveAsync(new ArraySegment<byte>(buffer), CancellationToken.None);
            var receiveMessage = Encoding.UTF8.GetString(buffer);
            Console.WriteLine($"Receive:{receiveMessage}");

            //关闭连接
            await webSocket.CloseAsync(WebSocketCloseStatus.NormalClosure, "Closing", CancellationToken.None);
            Console.WriteLine("webSocket Close Successfully");
        }
        return Ok();
    }

5、测试

启动api，开启Swagger支持，使用Swagger对WebStock通信发起请求，查看控制台输出。

五、总结

总之，WebSocket 通过提供高效、低延迟的双向通信机制，极大地提升了 Web 应用的实时性能和用户体验。