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html5+go+websocket不到150行代码，实现一个在线实时聊天的功能

2023-03-07 20:16:00 570 林溪

websocket

什么是websocket

在了解什么是websocket之前，我们下说一说http，因为HTTP我们太熟了。我们知道，HTTP是一种基于应用层的网络协议，往往都是一个请求，一个相应。websocket呢，也是一种基于应用层的网络协议，但是它不仅可以实现请求-相应这种模式，还可以实现主动推送，即你不请求，我也可以给你发消息通知。它实现了浏览器与服务器之间的双工通信。浏览器和服务器只需要完成一次握手，两者就可以创建一个持续的链接。

为什么出现websocket

http满足了我们大部分的需求，比如浏览网页图片，视频，音频等等，我想要什么内容，我就给服务器发什么请求。
但是随着互联网的发展，我们有了网络聊天的功能，在最早时候，要看对方有没有给你发送消息，得需要ajax轮询来实现，还有一些其他需要实时推送消息的场景，比如股票价格，体育解说，弹幕，直播这种，都需要服务器来主动推送消息到客户端。http不再能满足我们的需求。所以，在2008年，websocket诞生了。2011年成为了国际标准。

websocket特点

websocket最大的特点就是实现了浏览器和服务端之间的双工通信,更好的支持实时通信。
websocket头部信息很少，一般只有2bytes左右，节省了网络IO。
因为websocket大部分的使用场景也是在浏览器中使用，HTTP、WebSocket 等应用层协议，都是基于 TCP 协议来传输数据的，因此其连接和断开，都要遵循 TCP 协议中的三次握手和四次挥手，所以websocket复用了http的握手机制，所以很好的兼容了http，默认端口也是80和443，复用 HTTP 的 Upgrade 机制，完成升级协议的协商过程，能通过各种http代理服务器。
可以发送二进制数据
没有同源策略，客户端可以和任意服务器通信。
协议标识符是ws或者wss(加密)，比如：ws://example.com:80/some/path
WebSocket API 是 HTML5 标准的一部分，但这并不代表 WebSocket 一定要用在 HTML 中，或者只能在基于浏览器的应用程序中使用。实际上，许多语言、框架和服务器都提供了 WebSocket 支持，例如 Nginx Apache C C++ Node Python等

websocket的工作原理

我们先来启动一个简单的websocket服务，代码非常简单，大家理解完代码之后，再来下一步分析服务端代码

package main

import (
 "fmt"
 "github.com/gorilla/websocket"
 "io/ioutil"
 "log"
 "net/http"
 "os"
 "time"
)
//显示页面
func rootHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
 file, err := ioutil.ReadFile("othor-project/websocket-demo/index.html")
 if err != nil {
  fmt.Println(os.Getwd())
  fmt.Println(err)
 }
 _, err = fmt.Fprintf(w, "%s", file)
 if err != nil {
  fmt.Println(err)
 }
}

//ws连接
func wsHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
 //声明协议是websocket
 var upgrader = websocket.Upgrader{} //定义一个websocket
 ws, err := upgrader.Upgrade(w, r, nil)//初始化
 fmt.Println("i got a websocket")
 if err != nil {
  log.Print("upgrade:", err)
  return
 }
 ws.PongHandler()
 //主动发送消息给浏览器
 for i:=0;i<3;i++ {
  time.Sleep(time.Second*2)
  str:=fmt.Sprintf("hello i am %d",i)
  fmt.Println(str)
  err := ws.WriteMessage(websocket.TextMessage, []byte(str))
  if err != nil {
   fmt.Println("send message err")
   fmt.Println(err)
  }
 }

 //监听消息
 for  {
  _, i, err := ws.ReadMessage()
  if err != nil {
   fmt.Println("read msg error")
   fmt.Println(err)
  }
  fmt.Println(string(i))

 }
}

func main() {
 fmt.Println("server start")
 //展示页面
 http.HandleFunc("/", rootHandler)
 //ws连接
 http.HandleFunc("/ws", wsHandler)
 //先开启端口监听
 err := http.ListenAndServe(":30000", nil)
 if err != nil {
  fmt.Println(err)
 }
}

我们简单了解一下h5怎么操作websocket 我们使用var ws = new WebSocket("ws://hostname/path", ["protocol1", "protocol2"])来建立一个连接。第一个参数是服务端websocket地址，如果是https+websocket，那么前缀写成wss。第二个参数并不是必须的，它约定了双方通讯使用的自定义子协议，会被放到这个Header中： Sec-WebSocket-Protocol。子协议在某些场合是很必要的，例如服务端要与多个客户端版本兼容，那么若干个版本之后，服务端设定支持子协议 v1.5, v2.0, 而客户端发送的却是 v1.0，那么他们就可以在握手阶段失败，不会继续通信下去导致奇奇怪怪的错误。

WebSocket构造函数只有两个变量，不能提供通过设置自定义Header的方式来携带其它信息，那么我们如何对ws的连接认证呢？可以通过以下方式实现认证：

通过ws地址填写形如 ws://username:password@hostname/path，即构造出了 Authorization Header
通过ws地址填写形如 ws://:password@hostname/path ，即构造出了 Bearer Token Header
通过在Cookie中加入值，也能够携带额外的信息
在websocket连接建立后，再通过自定义的认证协议，走websocket进行认证。

客户端代码

<script type="text/javascript">
    var mess = document.getElementById("mess");
    // 1 创建一个ws连接
    var ws = new WebSocket("ws://" + location.host + "/ws")
    //监听消息
    ws.onmessage = function (event) {
        var chat = event.data;
        var res = chat.toString();
        console.log(res);
    }

    ws.onopen = function()
    {
        // Web Socket 已连接上，使用 send() 方法发送数据
        ws.send("i am client")
    };

</script>

启动后的效果，这是服务端往客户端推送的消息这是客户端往服务端推送的消息

建立连接具体连接过程如下图(ws表示协议头，101表示协议切换，upgrade表示要升级协议，upgrade：websocket 表示要升级到websocket协议，Sec-WebSocket-Key表示),websocket-key和websocket-accept之间的加密方式是base64(hsa1(sec-websocket-key + 258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11)),如果这个Sec-WebSocket-Accept计算错误浏览器会提示Sec-WebSocket-Accept dismatch,如果返回成功，Websocket就会回调onopen事件。注意，每个ws的的key都是唯一的，所以如果你刷新了页面，ws的key也会刷新，服务端就会认为是新连接。
交换数据具体的数据格式是怎么样的呢？WebSocket 的每条消息可能会被切分成多个数据帧（最小单位）。发送端会将消息切割成多个帧发送给接收端，接收端接收消息帧，并将关联的帧重新组装成完整的消息。
保持连接 websocket使用心跳机制(ping和pong)来保持正常通信。定时发送一个数据包，让对方知道自己在线且正常工作。如果对方无法相应，则可以弃用旧连接，开启新连接。

群聊服务

基于上面的知识，我们写一个简单的群聊系统服务端代码

package main

import (
 "encoding/json"
 "fmt"
 "github.com/gorilla/websocket"
 "io/ioutil"
 "log"
 "net/http"
 "os"
)

//定义一个聊天的结构体,姓名和信息
type Msg struct {
 Uid string `json:"uid"`
 Msg string `json:"msg"`
}

//定义一个全局的channel用来接收消息
var msgChan = make(chan *Msg, 10)
var upgrader = websocket.Upgrader{} // use default options
//全局变量用来存储用户连接 用于发送消息
var clients = make(map[*websocket.Conn]int)

//用来存放用户连接,读取完毕开启一个协程处理客户端发来的请求,用于读取消息
var clientsMsg = make(map[*websocket.Conn]int)

//将channel中的消息推送给客户端
func sendMsg() {
 for {
  //从channel获取值
  msg := <-msgChan
  if msg != nil {
   fmt.Printf("我接收到了信息,我开始发送信息了\r\n")
   fmt.Println(msg)
   msgStr, _ := json.Marshal(msg)
   //给每一个websocket发送消息
   for client, v := range clients {
    fmt.Printf("我在给第%d个用户发信息\n\r", v)
    err := client.WriteMessage(websocket.TextMessage, msgStr)
    defer client.Close()
    if err != nil {
     fmt.Printf("给第%d个用户发信息失败了\r\n", v)
     fmt.Println(err)
    }
   }

  }

 }
}

//接收客户端发来的msg,并写入chan
func getMsg() {
 for {
  //遍历所有的链接
  for client := range clientsMsg {
   defer client.Close()
   if client == nil {
    delete(clientsMsg, client)
    break
   } else {
    go listenMsg(client)
    delete(clientsMsg, client)
   }

  }
 }
}

//给连接设置一个监听消息
func listenMsg(client *websocket.Conn) {
 var jsonMsg Msg
 for {
  err := client.ReadJSON(&jsonMsg)
  if err != nil {
   fmt.Println("get msg error")
   fmt.Println(err)
  }
  fmt.Println(jsonMsg)
  if err != nil {
   fmt.Println("json error")
  }
  msgChan <- &jsonMsg
 }
}

//显示网页
func rootHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
 file, err := ioutil.ReadFile("othor-project/websocket/index.html")
 if err != nil {
  fmt.Println(os.Getwd())
  fmt.Println(err)
 }
 _, err = fmt.Fprintf(w, "%s", file)
 if err != nil {
  fmt.Println(err)
 }
}

//建立ws连接
func wsHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
 //声明协议是websocket
 ws, err := upgrader.Upgrade(w, r, nil)
 if err != nil {
  log.Print("upgrade:", err)
  return
 }
 ws.PongHandler()
 clength := len(clients) + 1
 clients[ws] = clength //用于发送消息 把所有的socket连接都放到一个map,因为我收到一个消息,要发送到每一个连接的的socket
 //这里为了方便 我们就用第几个来代表用户id,项目中需要谨慎定义
 clientsMsg[ws] = clength //用于读取消息
 fmt.Printf("新用户id:%d", clength)
 clientLen := fmt.Sprintf("%d", clength)
 err = ws.WriteMessage(websocket.TextMessage, []byte(clientLen))
 if err != nil {
  fmt.Println("send id error")
 }
}

/**
 * Notes:利用websocket快速实现一个聊天室
 */
func main() {
 fmt.Println("server start")
 //页面
 http.HandleFunc("/", rootHandler)
 http.HandleFunc("/ws", wsHandler)
 // 监听所有ws发送的消息
 go getMsg()
 //发送消息给所有的ws
 go sendMsg()
 //监听端口
 err := http.ListenAndServe(":30000", nil)
 if err != nil {
  fmt.Println(err)
 }
}

客户端代码

<!doctype html>
<html lang="en">
<meta charset="UTF-8">
<body>
<style>
    .chat-group {
        background-color: rgb(73, 73, 73);
    }

    .chat {
        margin-top: 10px;
        background-color: #dbdede;
    }
</style>
<h1>聊天系统:</h1>
<div class="chat-group" id="chat-group">

</div>

<p>uid:<span id="uid"></span></p>
<p>信息:<input type="text" name="msg" id="msg"></p>
<button id="btn">发送</button>
<script src="https://m.acurd.com/template/home/default/js/vendor/jquery-1.12.4.min.js"></script>
<script type="text/javascript">
    // 1.建立连接
    var ws = new WebSocket("ws://" + location.host + "/ws")
    //接收消息
    ws.onmessage = function (event) {
        var data = event.data;
        //如果是消息 返回的是json
        if (!isJSON(data)) {
            $("#uid").text(data)
            return
        }
        addMsg(data)
    }
    ws.onopen = function (event) {
        console.log("连接上了");
    }
    //发送消息
    $("#btn").click(function () {
        var msg = $("#msg").val();
        var uid = $("#uid").text();
        var obj = {msg: msg, uid: uid}
        var json = JSON.stringify(obj)
        //发送json字符串
        ws.send(json)
    })
    function addMsg(data) {
        data = $.parseJSON(data)
        $("#chat-group").append("<div class=\"chat\">\n" +
            "        id: <span>" +
            data.uid +
            "</span>\n" +
            "        信息<span>" +
            data.msg +
            "</span>\n" +
            "    </div>")
        console.log(data.uid);
    }

    function isJSON(str) {
        if (typeof str == 'string') {
            try {
                var obj = JSON.parse(str);
                if (typeof obj == 'object' && obj) {
                    return obj;
                } else {
                    return false;
                }

            } catch (e) {
                console.log('error：' + str + '!!!' + e);
                return false;
            }
        }
        console.log('It is not a string!')
    }
</script>
</body>
</html>

我模拟了3个用户，我们来看一下效果吧看一下服务端的信息打印