【WebSocket】前端使用WebSocket实时通信

前言

最近写项目，需要实现消息通知和实时聊天的功能，就去了解了一些关于websocket的知识，总结如下。

什么是WebSocket

WebSocket 是一种在 Web 应用中实现实时通信的协议。与传统的 HTTP 请求不同，WebSocket 连接在客户端和服务器之间建立一个持久性的双向通信管道，使得数据可以在连接打开后随时传递。这消除了 HTTP 请求的开销，能更好的节省服务器资源和带宽，同时在实时应用中提供了更好的性能和响应性。

WebSocket 就像是你和服务器之间的一个电话线，可以在任何时候进行通话。和普通的浏览网页不同，WebSocket 让你能够实时地接收和发送信息，而不需要频繁地向服务器询问是否有新的消息。

WebSocket的工作原理

WebSocket 协议的工作原理基于握手（handshake）和消息传递。当客户端发起 WebSocket 握手请求时，服务器将进行握手确认，建立连接。一旦连接建立，客户端和服务器可以互相发送消息，而不必每次都进行新的握手。

建立连接： 在客户端（浏览器）发起 WebSocket 连接请求时，服务器会进行响应，建立一个持久的连接通道。这个过程类似于握手，它使用了 HTTP/HTTPS 协议来发起连接请求。
双向通信： 连接建立成功，客户端和服务器都可以通过这个通道实时地发送和接收数据，消息可以是文本或二进制数据。不像传统的 HTTP 请求，WebSocket 允许服务器主动向客户端推送数据，也允许客户端向服务器发送请求，实现双向通信。
保持连接： 一旦连接建立，客户端和服务器之间就会保持一个持久的连接通道，不需要每次都重新建立连接。这使得数据传输更加高效，减少了不必要的连接建立和关闭开销。
关闭连接： 当客户端或服务器希望终止连接时，可以发送一个特殊的关闭帧，告知对方要关闭连接。对方接收到关闭帧后，也会发送一个确认帧，并关闭连接。这是一个优雅的断开连接方式，不需要像传统的 HTTP 请求那样等待服务器的响应。类似于双方结束通话，然后挂断电话。

WebSocket与HTTP的关系

WebSocket 和 HTTP 是两种不同的协议，它们有着不同的通信方式、连接状态和数据传输方式。WebSocket在实现实时性通信方面更加高效，而 HTTP 更适用于请求-响应式的短期数据交换。

共同点： WebSocket 和 HTTP 都是用于网络通信的协议，都是在应用层工作。它们都基于 TCP/IP 协议，用于在客户端和服务器之间传输数据。
联系： WebSocket 协议最初是作为 HTTP 协议的扩展而提出的，因此在握手阶段使用了 HTTP 协议来建立连接。WebSocket 握手请求使用的是 HTTP 请求，然后在协议升级时切换到 WebSocket 协议，建立持久的双向连接。所以，WebSocket是在 HTTP 协议的基础上构建的。
区别：
1. HTTP是请求-响应式通信，数据通常单向传输。而WebSocket 是全双工通信，双向数据传输。
2. 在 HTTP 中，每次请求和响应都会携带大量的头部信息，这些信息描述了请求和响应的性质。而在 WebSocket 握手时，也会有一些头部信息，但之后数据传输时的头部相对较少，从而减少了传输开销，且websocket没有像http那样可以只定义请求头的一些参数，只有一个Sec-WebSocket-Protocol属性用于自定义子协议。
3. HTTP 适用于传输短期请求-响应式的数据，如网页的加载和表单提交。WebSocket 更适用于实时性要求较高的场景，如在线聊天、实时数据更新、多人协作等。

HTTP建立持久化连接

HTTP Keep-Alive （长连接）：长连接是一种保持连接打开的通信方式，客户端与服务器建立连接后，在一段时间内保持连接处于打开状态，以便后续的 HTTP 请求复用它。在长连接中，一次 TCP 连接可以被用来发送多个 HTTP 请求和响应，而不是每次请求都建立一个新的连接。

Keep-Alive 适用于需要实时数据传输的场景，如聊天应用、实时游戏、实时数据监控等。它可以实现低延迟的实时通信，提高通信效率。但需要维护长时间的连接状态，对服务器资源和网络负载有一定影响。

Long Polling（长轮询） ：长轮询是一种模拟实时通信的方法。在长轮询中，客户端发送一个请求到服务器，服务器在等待新数据或事件的时候，保持连接打开，直到有新的数据或事件发生时才发送响应给客户端。客户端收到响应后立即处理，然后再次发送请求，以保持连接。

长轮询适用于不支持真正长连接的环境，如基于HTTP协议的环境。它可以模拟实时通信，但因为每次响应后都需要重新建立连接，所以在一些情况下可能会有较高的延迟和网络开销。

WebSocket类封装

class WebSocketClass {
  constructor(wsurl, time) {
    this.wsurl = wsurl //连接地址
    this.token = localStorage.getItem("accessToken")
    this.time = time //多少秒执行检测
    this.socketTask = null
    this.is_open_socket = false //避免重复连接
    this.heartbeatInterval = null //检测服务器端是否还活着
    this.reconnectTimeOut = null //重连之后多久再次重连

    this.connectSocketInit()
  }
  // 建立初始连接
  connectSocketInit() {

    this.socketTask = new WebSocket(this.wsurl, this.token)
    // 当连接成功时
    this.socketTask.onopen = (res) => {
      console.log("websocket连接成功！", res);
      this.is_open_socket = true
      //连接正常清除重连定时器
      this.clearReconnect();
      // this.startHeartbeat();
    }
    // 当收到消息时
    this.socketTask.onmessage = (res) => {
      console.log(res.data)
    }
    // 当连接出错时
    this.socketTask.onerror = (res) => {
      console.log("websocket连接出错！", res);
      this.is_open_socket = false
      // this.reconnect()
    }
    // 当连接关闭时
    this.socketTask.onclose = (res) => {
      console.log("websocket已经被关闭了！", res);
      this.is_open_socket = false
      // this.reconnect()
    }
  }
  // 发送消息
  send(value) {
    if (this.is_open_socket) {
      this.socketTask.send(value);
    } else {
      console.log("无法发送消息：WebSocket未连接");
    }
  }
  // 开启心跳检测
  startHeartbeat() {
    this.heartbeatInterval = setInterval(() => {
      const heartbeatMessage = {
        value: "测试一下服务器端是否在连接状态",
        method: "开启心跳机制"
      };
      this.send(JSON.stringify(heartbeatMessage)) // 发送心跳消息
    }, this.time * 1000)
  }
  //停止发送心跳
  stopHeartbeat() {
    clearInterval(this.heartbeatInterval);
  }
  // 清除重连定时器
  clearReconnect() {
    clearTimeout(this.reconnectTimeout);
  }
  // 重新连接
  reconnect() {
    //停止发送心跳
    this.stopHeartbeat()
    //如果不是人为关闭的话，进行重连
    if (!this.is_open_socket) {
      this.reconnectTimeOut = setTimeout(() => {
        this.connectSocketInit();
      }, 3000)
    }
  }
  //外部获取消息
  getMessage(callback) {
    this.socketTask.onmessage = (res) => {
      return callback(res) // 调用外部回调函数处理消息
    }
  }
}
export default WebSocketClass;
// 调用方法
// -------------------------------------------------------------------
// 单页面
// import WebSocketClass from '@/network/webSocket';
// let ws = new WebSocketClass("ws:****",5000)
// 发送消息
// let data={value:"传输内容",method:"方法名称"}
// ws.send(JSON.stringify(data));
// 接收消息
// ws.getMessage(res=>{
// 	console.log(res);
// })