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.NETWebSocket核心原理初體驗(yàn)

本文將利用WebSockets(SignalR的一部分)搭建一個(gè)可雙向通信的ASP.NETCore5應(yīng)用。

創(chuàng)新互聯(lián)建站專注于壽寧企業(yè)網(wǎng)站建設(shè),響應(yīng)式網(wǎng)站,商城系統(tǒng)網(wǎng)站開發(fā)。壽寧網(wǎng)站建設(shè)公司,為壽寧等地區(qū)提供建站服務(wù)。全流程定制設(shè)計(jì)，專業(yè)設(shè)計(jì)，全程項(xiàng)目跟蹤，創(chuàng)新互聯(lián)建站專業(yè)和態(tài)度為您提供的服務(wù)

( 預(yù)告：下期將著重對(duì)比gRPC和WebSockets的差異和使用場(chǎng)景)

我們先深入研究基本概念，以了解WebSockets幕后情況。

WebSockets簡介

為支持在在客戶端/服務(wù)端雙向通信，引入了WebSockets.

HTTP 1.0：我們每次向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求時(shí)都需要重新創(chuàng)建連接(關(guān)閉之前的連接)。

HTTP 1.1：新增keep-alive語法引入了持久連接機(jī)制, 至此連接可以被重用---這能減小通信延遲(因?yàn)榉?wù)器能感知客戶端，并且不需要為每個(gè)請(qǐng)求重開握手過程)

WebSockets 依附于HTTP1.1協(xié)議的持久連接機(jī)制，因此如果你是第一次發(fā)起WebSockets連接，這實(shí)際是一個(gè)HTTP1.1請(qǐng)求，協(xié)商成功后開始全雙工通信。

下圖描述了初始化(握手),數(shù)據(jù)傳輸,關(guān)閉WebSockets的過程。

協(xié)議有兩部分：握手和數(shù)據(jù)傳輸

握手

WebSocket與HTTP協(xié)議有良好兼容性。"握手"階段采用Http協(xié)議，默認(rèn)也是80/443端口，因此握手時(shí)不容易屏蔽，能通過各種 HTTP 代理服務(wù)器。

協(xié)議標(biāo)識(shí)符是ws(如果加密，則為wss)，服務(wù)器網(wǎng)址就是 URL。

ws://example.com:80/some/path

簡而言之，WebSocket連接基于單個(gè)端口上的HTTP(以TCP傳輸)：

1.服務(wù)器在指定的端口(如80/443)上監(jiān)聽傳入的TCP套接字連接

2.客戶端使用HTTP GET請(qǐng)求啟動(dòng)握手 (這就是“WebSockets”中的“Web”由來)。

在請(qǐng)求頭中，客戶端將要求服務(wù)器將連接Upgrade到WebSocket。

3.服務(wù)器發(fā)送握手響應(yīng)，通知客戶端它將把協(xié)議從HTTP更改為WebSocket。

4.客戶端/服務(wù)器協(xié)商連接細(xì)節(jié)。如果條款不匹配，任何一方都可以退出。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. GET /ws-endpoint HTTP/1.1 
    2. 
  
  
  
  
  2. Host: example.com:80 
    3. 
  
  
  
  
  3. Upgrade: websocket 
    4. 
  
  
  
  
  4. Connection: Upgrade 
    5. 
  
  
  
  
  5. Sec-WebSocket-Key: L4kHN+1Bx7zKbxsDbqgzHw== 
    6. 
  
  
  
  
  6. Sec-WebSocket-Version: 13 
    7.

請(qǐng)注意：客戶端發(fā)送Connection:Upgrade和Upgrade：websocket請(qǐng)求頭 服務(wù)端握手響應(yīng)：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. HTTP/1.1 101 Switching Protocols 
    2. 
  
  
  
  
  2. Upgrade: websocket 
    3. 
  
  
  
  
  3. Connection: Upgrade 
    4. 
  
  
  
  
  4. Sec-WebSocket-Accept: CTPN8jCb3BUjBjBtdjwSQCytuBo= 
    5.

注意：服務(wù)端返回HTTP/1.1 101 Switching Protocols狀態(tài)碼，其他非101的狀態(tài)碼都指示握手失敗。

數(shù)據(jù)傳輸

任意一方可以在任意時(shí)間發(fā)送消息，因?yàn)檫@是全雙工通信協(xié)議。

消息由一個(gè)或多個(gè)幀組成，一個(gè)幀可以是二進(jìn)制、文本、控制幀(0x8 Close,0x9 Ping,0xA Pong)

.NETCore Server listening WebSockets

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. dotnet new webapi -n WebSocketsTutorial 
    2. 
  
  
  
  
  2. dotnet add WebSocketsTutorial/ package Microsoft.AspNet.SignalR 
    3.

為簡化本次內(nèi)容，我不會(huì)談?wù)揝ignalR(集線器和其他東西)。

本次將完全基于WebSocket通信。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. app.UseWebSockets(); 
    2.

新增WebSocketsController.cs，添加如下代碼：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. using System; 
    2. 
  
  
  
  
  2. using System.Net.WebSockets; 
    3. 
  
  
  
  
  3. using System.Text; 
    4. 
  
  
  
  
  4. using System.Threading; 
    5. 
  
  
  
  
  5. using System.Threading.Tasks; 
    6. 
  
  
  
  
  6. using Microsoft.AspNetCore.Mvc; 
    7. 
  
  
  
  
  7. using Microsoft.Extensions.Logging; 
    8. 
  
  
  
  
  8. namespace WebSocketsTutorial.Controllers 
    9. 
  
  
  
  
  9. { 
    10. 
  
  
  
  
  10.     [ApiController] 
    11. 
  
  
  
  
  11.     [Route("[controller]")] 
    12. 
  
  
  
  
  12.     public class WebSocketsController : ControllerBase 
    13. 
  
  
  
  
  13.     { 
    14. 
  
  
  
  
  14.         private readonly ILogger _logger; 
    15. 
  
  
  
  
  15.         public WebSocketsController(ILogger logger) 
    16. 
  
  
  
  
  16.         { 
    17. 
  
  
  
  
  17.             _logger = logger; 
    18. 
  
  
  
  
  18.         } 
    19. 
  
  
  
  
  19.         [HttpGet("/ws")] 
    20. 
  
  
  
  
  20.         public async Task Get() 
    21. 
  
  
  
  
  21.         { 
    22. 
  
  
  
  
  22.           if (HttpContext.WebSockets.IsWebSocketRequest) 
    23. 
  
  
  
  
  23.           { 
    24. 
  
  
  
  
  24.               using var webSocket = await HttpContext.WebSockets.AcceptWebSocketAsync(); 
    25. 
  
  
  
  
  25.               _logger.Log(LogLevel.Information, "WebSocket connection established"); 
    26. 
  
  
  
  
  26.               await Echo(webSocket); 
    27. 
  
  
  
  
  27.           } 
    28. 
  
  
  
  
  28.           else 
    29. 
  
  
  
  
  29.           { 
    30. 
  
  
  
  
  30.               HttpContext.Response.StatusCode = 400; 
    31. 
  
  
  
  
  31.           } 
    32. 
  
  
  
  
  32.         } 
    33. 
  
  
  
  
  33.          
    34. 
  
  
  
  
  34.         private async Task Echo(WebSocket webSocket) 
    35. 
  
  
  
  
  35.         { 
    36. 
  
  
  
  
  36.             var buffer = new byte[1024 * 4]; 
    37. 
  
  
  
  
  37.             var result = await webSocket.ReceiveAsync(new ArraySegment(buffer), CancellationToken.None); 
    38. 
  
  
  
  
  38.             _logger.Log(LogLevel.Information, "Message received from Client"); 
    39. 
  
  
  
  
  39.             while (!result.CloseStatus.HasValue) 
    40. 
  
  
  
  
  40.             { 
    41. 
  
  
  
  
  41.                 var serverMsg = Encoding.UTF8.GetBytes($"Server: Hello. You said: {Encoding.UTF8.GetString(buffer)}"); 
    42. 
  
  
  
  
  42.                 await webSocket.SendAsync(new ArraySegment(serverMsg, 0, serverMsg.Length), result.MessageType, result.EndOfMessage, CancellationToken.None); 
    43. 
  
  
  
  
  43.                 _logger.Log(LogLevel.Information, "Message sent to Client"); 
    44. 
  
  
  
  
  44.                 result = await webSocket.ReceiveAsync(new ArraySegment(buffer), CancellationToken.None); 
    45. 
  
  
  
  
  45.                 _logger.Log(LogLevel.Information, "Message received from Client"); 
    46. 
  
  
  
  
  46.                  
    47. 
  
  
  
  
  47.             } 
    48. 
  
  
  
  
  48.             await webSocket.CloseAsync(result.CloseStatus.Value, result.CloseStatusDescription, CancellationToken.None); 
    49. 
  
  
  
  
  49.             _logger.Log(LogLevel.Information, "WebSocket connection closed"); 
    50. 
  
  
  
  
  50.         } 
    51. 
  
  
  
  
  51.     } 
    52. 
  
  
  
  
  52. } 
    53.

在握手之后，服務(wù)端不需要等待客戶端發(fā)起消息，就可以推送消息到客戶端。

啟動(dòng)ASP.NET Core 服務(wù)端，程序在/ws路由地址監(jiān)聽WebSockets連接， 回發(fā)客戶端發(fā)送過來的消息。

Browser client using WebSockets api

在瀏覽器Console編寫js代碼發(fā)起客戶端websockets請(qǐng)求：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. let webSocket = new WebSocket('wss://localhost:5001/ws'); 
    2.

在該請(qǐng)求的network- Messages tab頁面可觀察雙向通信：

除此之外，服務(wù)器/客戶端維護(hù)了pingpong機(jī)制，以確認(rèn)客戶端是否還存活。

如果您真的想看看這些數(shù)據(jù)包，使用WireShark之類的工具了解一下。

整個(gè)過程在Chrome-Network上只會(huì)有一個(gè)記錄，所以你如果要看"握手過程", 也請(qǐng)?jiān)趧傇诘膖ab頁面查看??。

最后

如果您有興趣了解WebSocket的協(xié)議規(guī)范，請(qǐng)轉(zhuǎn)至RFC 6455閱讀。

這篇文章只是WebSockets的小試牛刀，還有許多我們可以討論的其他事情，例如安全性，負(fù)載平衡，代理等??。


名稱欄目：.NETWebSocket核心原理初體驗(yàn)
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