构建 WebRTC 一对一信令服务器

构建 WebRTC 一对一信令服务器
- 前言
- 为什么选择 Nodejs？
- Nodejs 的基本原理
- 浏览器使用 Nodejs
- 安装 Nodejs 和 NPM
- socket.io
- 信令服务器
- 搭建信令服务器
- - 客户端
  - 服务端
  - 启动服务器并测试
- 总结
- 参考

构建 WebRTC 一对一信令服务器

前言

我们在学习 WebRTC 时，首先要把实验环境搭建好，这样我们就可以在上面做各种实验了。

对于 WebRTC 来说，它有一整套规范，如怎样使用它的接口、使用SDP进行媒体协商、通过ICE收集地址并进行连通性检测等等。除此之外，WebRTC还需要房间服务器将多端聚集到一起管理，以及信令服务器进行信令数据交换（如媒体描述信息SDP的交换，连接地址的交抽换等），但在WebRTC的规范中没有对这部分内容进行规定，所以需要由用户自己处理。

你可以根据自己的喜好选择服务器（如 Apache，Nginx 或 Nodejs），我今天将介绍如何使用 Nodejs 来搭建信令服务器。

为什么选择 Nodejs？

Nodejs 的最大优点即是可以使用 JS 语言开发服务器程序。

一方面 JS 语言的简单性可以方便开发出各种各样功能的服务端程序。更可贵的是 Nodejs 的生态链非常的完整，有各种各样的功能库。你可以根据自己的需要通过安装工具 NPM 快速的安装，这也使它也得到了广大开发者的喜欢。

当然，如果你想对Nodejs作能力拓展的话，还是要写C/C++库，然后加载到 Nodejs 中去。

Nodejs 的基本原理

在这里插入图片描述

Nodejs 的核心是 V8 引擎。通过该引擎，可以让 JavaScript 调用 C/C++方法或对象。相反，通过它也可能让 C/C++ 访问 JavaScript 方法和变量。

Nodejs 首先将 JavaScript 写好的应用程序交给 V8 引擎进行解析，V8理解应用程序的语义后，再调用 Nodejs 底层的 C/C++ API将服务启动起来。所以 Nodejs 的强大就在于 JavaScript 可以直接调用 C/C++ 的方法，使其能力可以无限扩展。

浏览器使用 Nodejs

在这里插入图片描述

如上图所示，在我们使用 Nodejs之后实际存在了两个 V8 引擎。一个V8用于解析服务端的 JS 应用程序，它将服务启动起来。另一个 V8 是浏览器中的 V8 引擎，用于控制浏览器的行为。

对于使用 Nodejs 的新手来说，很容易出现思维混乱，因为在服务端至少要放两个 JS 脚本。其中一个是服务端程序，控制 Nodejs 的行为，它由 Nodejs 的V8引擎解析处理；另一个是客户端程序，它是要由浏览器请求后，下发到浏览器，由浏览器中的 V8 引擎进行解析处理。如果分不清这个，那麻烦就大了。

安装 Nodejs 和 NPM

下载地址：https://nodejs.org/en/download/，安装很简单，不赘述。

除了安装 Nodejs 之外，我们还要安装NPM（Node Package Manager），也就是 Nodejs 的包管理器。它就像Ubuntu下的 apt 或Mac 系统下的brew 命令类似，是专门用来管理各种依赖库的。

socket.io

此次，我们使用 Nodejs 下的 socket.io 库来实现 WebRTC 信令服务器。socket.io特别适合用来开发WebRTC的信令服务器，通过它来构建信令服务器特别的简单，这主要是因为它内置了房间的概念。

在这里插入图片描述

上图是 socket.io 与 Nodejs 配合使用的逻辑关系图，其逻辑非常简单。socket.io 分为服务端和客户端两部分。服务端由 Nodejs加载后侦听某个服务端口，客户端要想与服务端相连，首先要加载 socket.io 的客户端库，然后调用 io.connect()就与服务端连上了。

需要特别强调的是 socket.io 消息的发送与接收。socket.io 有很多种发送消息的方式，其中最常见的有下面几种：

给本次连接发消息：socket.emit()
给某个房间内所有人发消息：io.in(room).emit()
除本连接外，给某个房间内所有人发消息：socket.to(room).emit()
除本连接外，给所有人发消息：socket.broadcast.emit()

消息又该如何接收呢？

发送 command 命令：

Server: socket.emit('cmd’);
Client: socket.on('cmd',function(){...});

发送了一个 command 命令，带 data 数据：

Server: socket.emit('action', data);
Client: socket.on('action',function(data){...});

发送了command命令，还有两个数据：

Server: socket.emit(action,arg1,arg2);
Client: socket.on('action',function(arg1,arg2){...});

有了以上这些知识，我们就可以实现信令数据通讯了。

信令服务器

var log4js = require('log4js');
var http = require('http');
var https = require('https');
var fs = require('fs');
var socketIo = require('socket.io');
 
var express = require('express');
var serveIndex = require('serve-index');
 
var USERCOUNT = 3;
 
log4js.configure({
    appenders: {
        file: {
            type: 'file',
            filename: 'app.log',
            layout: {
                type: 'pattern',
                pattern: '%r %p - %m',
            }
        }
    },
    categories: {
       default: {
          appenders: ['file'],
          level: 'debug'
       }
    }
});
 
var logger = log4js.getLogger();
 
var app = express();
app.use(serveIndex('./public'));
app.use(express.static('./public'));
 
 
 
//http server
var http_server = http.createServer(app);
http_server.listen(80, '0.0.0.0');
 
var options = {
    key : fs.readFileSync('./public/cert/server-key.pem'),
    cert: fs.readFileSync('./public/cert/server-cert.pem')
}
 
//https server
var https_server = https.createServer(options, app);
var io = socketIo.listen(https_server);
 
//服务端收到连接后的处理函数
io.sockets.on('connection', (socket)=> {
 
/*处理此连接上的 message 类型的消息*/
    socket.on('message', (room, data)=>{
        logger.debug('message, room: ' + room + ", data, type:" + data.type);
        socket.to(room).emit('message',room, data);
    });
 
 
/*处理此连接上的 join 类型的消息*/
    socket.on('join', (room)=>{
        socket.join(room);
        var myRoom = io.sockets.adapter.rooms[room]; 
        var users = (myRoom)? Object.keys(myRoom.sockets).length : 0;
        logger.debug('the user number of room (' + room + ') is: ' + users);
 
        if(users < USERCOUNT){
            socket.emit('joined', room, socket.id); //发给除自己之外的房间内的所有人
            if(users > 1){
                socket.to(room).emit('otherjoin', room, socket.id);
            }
        
        }else{
            socket.leave(room); 
            socket.emit('full', room, socket.id);
        }
        //socket.emit('joined', room, socket.id); //发给自己
        //socket.broadcast.emit('joined', room, socket.id); //发给除自己之外的这个节点上的所有人
        //io.in(room).emit('joined', room, socket.id); //发给房间内的所有人
    });
 
/*处理此连接上的 leave 类型的消息*/
    socket.on('leave', (room)=>{
 
        socket.leave(room);
 
        var myRoom = io.sockets.adapter.rooms[room]; 
        var users = (myRoom)? Object.keys(myRoom.sockets).length : 0;
        logger.debug('the user number of room is: ' + users);
 
        //socket.emit('leaved', room, socket.id);
        //socket.broadcast.emit('leaved', room, socket.id);
        socket.to(room).emit('bye', room, socket.id);
        socket.emit('leaved', room, socket.id);
        //io.in(room).emit('leaved', room, socket.id);
    });
 
});
 
https_server.listen(443, '0.0.0.0');
console.log("start singal");

搭建信令服务器

接下来我们来看一下，如何通过 Nodejs下的 socket.io 来构建的一个服务器。

客户端

这是客户端代码，也就是在浏览器里执行的代码。index.html：

<!DOCTYPE html>
<html>

    <head>
        <title>WebRTC client</title>
    </head>

    <body>
        <script src='/socket.io/socket.io.js'></script>
        <script src='client.js'></script>
    </body>

</html>

该代码十分简单，就是在body里引入了两段 JS 代码。其中，socket.io.js 是用来与服务端建立 socket 连接的。client.js 的作用是做一些业务逻辑，并最终通过 socket 与服务端通讯。

然后在同目录下生成 client.js。下面是client.js的代码：

var isInitiator;

room = prompt('Enter room name:'); // 弹出一个输入窗口

const socket = io.connect(); // 与服务端建立 socket 连接

if (room !== '') { // 如果房间不空，则发送 "create or join" 消息
    console.log('Joining room ' + room);
    socket.emit('create or join', room);
}

socket.on('full', (room) => { // 如果从服务端收到 "full" 消息
    console.log('Room ' + room + ' is full');
});

socket.on('empty', (room) => { // 如果从服务端收到 "empty" 消息
    isInitiator = true;
    console.log('Room ' + room + ' is empty');
});

socket.on('join', (room) => { // 如果从服务端收到 “join" 消息
    console.log('Making request to join room ' + room);
    console.log('You are the initiator!');
});

socket.on('log', (array) => {
    console.log.apply(console, array);
});

在该代码中：

首先弹出一个输入框，要求用户写入要加入的房间。然后，通过 io.connect() 建立与服务端的连接，根据socket返回的消息做不同的处理：

当收到房间满”full”时的情况；
当收到房间空“empty”时的情况；
当收到加入“join”时的情况；

以上是客户端（也就是在浏览器）中执行的代码。下面我们来看一下服务端的处理逻辑。

服务端

服务器端代码，server.js：

const static = require('node-static');
const http = require('http');
const file = new (static.Server)();
const app = http.createServer(function (req, res) {
    file.serve(req, res);
}).listen(2013);

const io = require('socket.io').listen(app); // 侦听 2013


io.sockets.on('connection', (socket) => {

    // convenience function to log server messages to the client
    function log() {
        const array = ['>>> Message from server: '];
        for (var i = 0; i < arguments.length; i++) {
            array.push(arguments[i]);
        }
        socket.emit('log', array);
    }

    socket.on('message', (message) => { // 收到 message 时，进行广播
        log('Got message:', message);
        // for a real app, would be room only (not broadcast)
        socket.broadcast.emit('message', message); // 在真实的应用中，应该只在房间内广播
    });

    socket.on('create or join', (room) => { // 收到 "create or join" 消息

        var clientsInRoom = io.sockets.adapter.rooms[room];
        var numClients = clientsInRoom ? Object.keys(clientsInRoom.sockets).length : 0; // 房间里的人数

        log('Room ' + room + ' has ' + numClients + ' client(s)');
        log('Request to create or join room ' + room);

        if (numClients === 0) { // 如果房间里没人
            socket.join(room);
            socket.emit('created', room); // 发送 "created" 消息
        } else if (numClients === 1) { // 如果房间里有一个人
            io.sockets.in(room).emit('join', room);
            socket.join(room);
            socket.emit('joined', room); // 发送 "joined" 消息
        } else { // max two clients
            socket.emit('full', room); //发送 "full" 消息
        }
        socket.emit('emit(): client ' + socket.id +
            ' joined room ' + room);
        socket.broadcast.emit('broadcast(): client ' + socket.id +
            ' joined room ' + room);
    });
});

在服务端引入了 node-static 库，使服务器具有发布静态文件的功能。服务器具有此功能后，当客户端（浏览器）向服务端发起请求时，服务器通过该模块获得客户端（浏览器）运行的代码，也就是上我面我们讲到的 index.html 和 client.js 并下发给客户端（浏览器）。

服务端侦听 2013 这个端口，对不同的消息做相应的处理：

服务器收到 message 消息时，它会直接进行广播，所有连接到该服务器的客户端都会收收广播的消息。
服务端收到 “create or join” 消息时，它会对房间里有人数进行统计，如果房间里没有人，则发送”created” 消息；如果房间里有一个人，发送”join”消息和“joined”消息；如果超过两个人，发送”full”消息。

要运行该程序，需要使用 NPM 安装 socket.io 和 node-static。进入到 server.js 所在的目录，然后执行下面的命令：

npm install socket.io@2.3.0
npm install node-static

注意要下载旧版本的 socket.io，当前最新的socket.io为3.1.0版本，API有所不同，运行时会报错。

启动服务器并测试

通过上面的步骤我们就使用 socket.io 构建好一个服务器，现在可以通过下面的命令将服务启动起来了：

node server.js

如果你是在本机上搭建的服务，则可以在浏览器中输入 localhost:2013，然后新建一个 tab 在里边再次输入 localhost:2013。

在 Chrome 下你可以使用快捷键 Ctrl+Shift+J 打开 DevTools 访问控制台。输出如下：

在这里插入图片描述

打开 Edge 浏览器，同样在浏览器中输入 localhost:2013，然后新建一个 tab 在里边再次输入 localhost:2013。变化如下：

在这里插入图片描述

总结

以上我向大家介绍了 Nodejs 的工作原理、Nodejs的安装与布署，以及如何使用要sokcet.io 构建 WebRTC 信令消息服务器。socket.io 由于有房间的概念所以与WebRTC非常匹配，用它开发WebRTC信令服务器非常方便。

另外，在本文中的例子只是一个简单例子并没有太多的实际价值。在后面的文章中我会以这个例子为基础，在其上面不断增加一些功能，最终你会看到一个完整的Demo程序。

参考

https://webrtc.org.cn/webrtc-tutorial-1-setup-signaling/
https://blog.csdn.net/agora_cloud/article/details/90378050
https://cloud.tencent.com/developer/article/1755169