学习 NodeJS 第八天：Socket 通讯

前言

一般来讲，HTTP 是基于文本的“单向”通讯机制。这里所谓的“单向”，乃相对于“双向”而言，因为 HTTP 服务器只需根据请求返还恰当的 HTML 给客户端即可，不涉及客户端向服务端的通讯。这种单向的机制比较简单，对网络质量要求也不高。而更多的场景则是需要可靠、稳定的端到端连接。一般这种服务是实时的、有态的而且是长连接，长连接则暗示两段须达致相向通讯的能力，也就说是服务端客户端两者间能够实时地相互间通信。毫无疑问，能够实时通信的服务器正是我们对服务器基本要求之一。区别于 HTTP 服务器以 HTTP 为通讯协议， 实时服务器一般采用较为底层的 TCP/IP 为协议通讯，实现了“套字节 Socket”的双向机制。

Socket 是根据博克莱 (U.C.Berkley) 大学早期发展的 Socket 概念写成的，其设计理念是是将网络传输类比成文件的读取与写入 (传送的动作被视为是写入/接收的动作被视为是读取)，如此、传送与接收就简化为编程人员比较容易懂的 读取与写入，降低了网络编程的学习困难度。

聊天室服务器

聊天室的实时连接基于底层的 TCP 直接连接，为此我们须调用 Node 的 TCP 模块。如果不太熟悉所谓 TCP 网络编程？太底层了是不是？没关系，我也不熟悉，边学边做嘛，只不过千万不必因为遇到陌生的词汇而害怕，其实这样原理并不深奥，而且下面的例子也十分的简单易懂！咱们就从最简单的开始吧，下面代码仅仅十行，它的作用是服务器向客户端输出一段文本，完成 Sever --> Client 的单向通讯。

//  Sever --> Client 的单向通讯
var net = require('net');

var chatServer = net.createServer();

chatServer.on('connection', function(client) {
  client.write('Hi!\n'); // 服务端向客户端输出信息，使用 write() 方法
  client.write('Bye!\n');

  client.end(); // 服务端结束该次会话
});

chatServer.listen(9000);

客户端可以是系统自带的 Telnet：

telnet 127.0.0.1 9000

执行 telnet 后，与服务点连接，反馈 Hi! Bye! 的字符，并立刻结束服务端程序终止连接。如果我们要服务端接到到客户端的信息？可以监听 server.data 事件并且不要中止连接（否则会立刻结束无法接受来自客户端的消息）：

// 在前者的基础上，实现 Client --> Sever 的通讯，如此一来便是双向通讯
var net = require('net');
var chatServer = net.createServer(),    
    clientList = [];
    
chatServer.on('connection', function(client) {
  // JS 可以为对象自由添加属性。这里我们添加一个 name 的自定义属性，用于表示哪个客户端（客户端的地址+端口为依据）
  client.name = client.remoteAddress + ':' + client.remotePort;  
  client.write('Hi ' + client.name + '!\n');  
  clientList.push(client);  
  client.on('data', function(data) {    
     broadcast(data, client);// 接受来自客户端的信息  
  });
});
function broadcast(message, client) {  
    for(var i=0;i<clientList.length;i+=1) {    
      if(client !== clientList[i]) {      
        clientList[i].write(client.name + " says " + message);    
      }  
    }
}
chatServer.listen(9000);

这里要说明一下的是，不不同操作系统对端口范围的限制不一样，有可能是随机的。

那么上面是不是一个完整功能的代码呢？我们说还有一个问题没有考虑进去：那就是一旦某个客户端退出，却仍保留在 clientList 里面，这明显是一个空指针（NullPoint）。如果是在这样的话我们写程序太脆弱了，能不能更健壮一些？——请接着看。

首先我们简单地把 client 从数组 clientList 中移除掉。完成这工作一点都不困难。Node TCP API 已经为我们提供了 end 事件，即客户端中止与服务端连接的时候发生。移除 client 对象的代码如下：

chatServer.on('connection', function(client) {
  client.name = client.remoteAddress + ':' + client.remotePort
  client.write('Hi ' + client.name + '!\n');

  clientList.push(client)

  client.on('data', function(data) {
    broadcast(data, client)
  })

  client.on('end', function() {
    clientList.splice(clientList.indexOf(client), 1); // 删除数组中的制定元素。这是 JS 基本功哦~
  })
})

但是我们还不敢说上述代码很健壮，因为一旦 end 没有被触发，异常仍然存在着。下面我们看看解决之道：重写 broadcast()：

function broadcast(message, client) {
  var cleanup = []
  for(var i=0;i<clientList.length;i+=1) {
    if(client !== clientList[i]) {

      if(clientList[i].writable) { // 先检查 sockets 是否可写
        clientList[i].write(client.name + " says " + message)
      } else {
        cleanup.push(clientList[i]) // 如果不可写，收集起来销毁。销毁之前要 Socket.destroy() 用 API 的方法销毁。
        clientList[i].destroy()
      }

    }
  }  //Remove dead Nodes out of write loop to avoid trashing loop index
  for(i=0;i<cleanup.length;i+=1) {
    clientList.splice(clientList.indexOf(cleanup[i]), 1)
  }
}

TCP API 中还提供一个 error 事件，用于捕捉客户端的异常：

client.on('error', function(e) {
  console.log(e);
});

Node 网络编程的 API 还丰富，此次仅仅是个入门，更多的内容请接着看，关于浏览器 Socket 应用。

Socket.IO

前面说到，浏览器虽然也属于客户端的一种，但仅支持“单工”的 HTTP 通讯。有见及此，HTML5 新规范中推出了基于浏览器的 WebSocket，开发了底层的接口，允许我们能进行 更强大的操作，超越以往的 XHR。

如第一个例子那般，我们无须第三方框架就可以直接与 Node TCP 服务器 进行 Socket  通讯。

但我们又要认清一个事实，不是每个浏览器都可以顺利支持 WebSocket 的。于是 Socket.IO （http://socket.io）出现了，它提供了不支持 WebSocket 时候的降级支持，同时使得一些旧版本的浏览器也可以“全双工”地工作。优先使用的顺序如下：

  • WebSocket
  • Socket over Flash API
  • XHR Polling 长连接
  • XHR Multipart Streaming
  • Forever Iframe
  • JSONP Polling

经过封装，我们可以不探究客户端使用上述哪一种技术达致“全双工”；而我们编写代码时，亦无论考虑哪种放法，因为 Socket.IO 给我们的 API 只有一套。了解 Socket.IO 其用法就可以了。

先在浏览器部署 Socket.IO 的前端代码：

<!DOCTYPE html>
<html>
  <body>
    <script src="/socket.io/socket.io.js"></script>
    <script>
      var socket = io.connect('http://localhost:8080');
      // 当服务端发送一条消息到客户端，message 事件即被触发。我们把消息在控制台打印出来
      socket.on('message', function(data){ console.log(data) })
    </script>
  </body>
</html>

服务端 Node 代码：

var http = require('http'),
io = require('socket.io'),
fs = require('fs');

// 虽然我们这里使用了同步的方法，那会阻塞 Node 的事件循环，但是这是合理的，因为 readFileSync() 在程序周期中只执行一次，而且更重要的是，同步方法能够避免异步方法所带来的“与 SocketIO 之间额外同步的问题”。当 HTML 文件读取完毕，而且服务器准备好之后，如此按照顺序去执行就能让客户端马上得到 HTML 内容。
var sockFile = fs.readFileSync('socket.html');

// Socket 服务器还是构建于 HTTP 服务器之上，因此先调用 http.createServer()
server = http.createServer();
server.on('request', function(req, res){
  // 一般 HTTP 输出的格式
  res.writeHead(200, {'content-type': 'text/html'});
  res.end(sockFile);
});

server.listen(8080);

var socket = io.listen(server); // 交由 Socket.io 接管

// Socket.io 真正的连接事件
socket.on('connection', function(client){
  console.log('Client connected');
  client.send('Welcome client ' + client.sessionId); // 向客户端发送文本
});

当客户端连接时，服务端会同时出发两个事件：server.onRequest 和 Socket.onConnection。它们之间有什么区别呢？区别在于 Socket 的是持久性的。

多个 Socket 连接，先是客户端代码：

<!DOCTYPE html>
<html>
  <body>
    <script src="/socket.io/socket.io.js"></script>
    <script>
      var upandrunning = io.connect('http://localhost:8080/upandrunning');
      var weather = io.connect('http://localhost:8080/weather');
      upandrunning.on('message', function(data){
        document.write('<br /><br />Node: Up and Running Update<br />');
        document.write(data);
      });
      weather.on('message', function(data){
        document.write('<br /><br />Weather Update<br />');
        document.write(data);
      });
    </script>
  </body>
</html>

服务端代码： 

var sockFile = fs.readFileSync('socket.html');

server = http.createServer();
server.on('request', function(req, res){
  res.writeHead(200, {'content-type': 'text/html'});
  res.end(sockFile);
});

server.listen(8080);

var socket = io.listen(server);

socket.of('/upandrunning')
  .on('connection', function(client){
    console.log('Client connected to Up and Running namespace.');
    client.send("Welcome to 'Up and Running'");
});

socket.of('/weather')
  .on('connection', function(client){
    console.log('Client connected to Weather namespace.');
    client.send("Welcome to 'Weather Updates'");
});

如上代码，我们可以划分多个命名空间，分别是 upandrunning 和 weather。

关于 Express 中使用 Soclet.io，可以参考《Node:Up and Ruuning》一书的 7.2.2 小节。

今晚时间的关系，涉及 Socket.io 许多方面还没有谈，容小弟我日后再了解。

时间： 2024-09-16 09:59:02

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