利用 Go 語(yǔ)言編寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單的 WebSocket 推送服務(wù)
本文中代碼可以在 github.com/alfred-zhong/wserver 獲取。
背景
最近拿到需求要在網(wǎng)頁(yè)上展示報(bào)警信息。以往報(bào)警信息都是通過(guò)短信,微信和 App 推送給用戶的,現(xiàn)在要讓登錄用戶在網(wǎng)頁(yè)端也能實(shí)時(shí)接收到報(bào)警推送。
依稀記得以前工作的時(shí)候遇到過(guò)類似的需求。因?yàn)橐郧暗臑g覽器標(biāo)準(zhǔn)比較陳舊,并且那時(shí)用 Java 較多,所以那時(shí)候解決這個(gè)問(wèn)題就用了 Comet4J。具體的原理就是長(zhǎng)輪詢,長(zhǎng)鏈接。但現(xiàn)在畢竟 html5 流行開(kāi)來(lái)了,IE 都被 Edge 接替了,再用以前這種技術(shù)就顯得過(guò)時(shí)。
很早以前就聽(tīng)過(guò) WebSocket 的大名,但因?yàn)槟菚r(shí)很多用戶的瀏覽器還不支持,所以對(duì)這個(gè)技術(shù)也就是淺嘗輒止,沒(méi)有太深入研究過(guò)?,F(xiàn)在趁著項(xiàng)目需要,就來(lái)稍微深入了解一下。
websocket 簡(jiǎn)介
以往瀏覽器要獲取服務(wù)端數(shù)據(jù),都是通過(guò)發(fā)送 HTTP 請(qǐng)求,然后等待服務(wù)端回應(yīng)的。也就是說(shuō)瀏覽器端一直是整個(gè)請(qǐng)求的發(fā)起者,只有它主動(dòng),才能獲取到數(shù)據(jù)。而要讓瀏覽器一側(cè)能夠獲取到服務(wù)端的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),就需要不停地向服務(wù)端發(fā)起請(qǐng)求。雖然大多數(shù)情況下并沒(méi)有獲取到實(shí)際數(shù)據(jù),但這大大增加了網(wǎng)絡(luò)壓力,對(duì)于服務(wù)端來(lái)說(shuō)壓力也直線上升。

后來(lái)我們學(xué)會(huì)了使用長(zhǎng)連接 + 長(zhǎng)輪詢的方式。換句話說(shuō),也就是延長(zhǎng) HTTP 請(qǐng)求的存在時(shí)間,盡量保持 HTTP 連接。雖然這在一定程度上降低了不少壓力,但仍然需要不停地進(jìn)行輪詢,也做不到真正的實(shí)時(shí)性。(借用一張圖)

隨著 HTML5 的到來(lái),WebSocket 在 2011 年被定為標(biāo)準(zhǔn)(詳情請(qǐng)參見(jiàn) RFC 6455)。
借用 《Go Web 編程》的話。WebSocket 采用了一些特殊的報(bào)頭,使得瀏覽器和服務(wù)器只需要做一個(gè)握手的動(dòng)作,就可以在瀏覽器和服務(wù)器之間建立一條連接通道。且此連接會(huì)保持在活動(dòng)狀態(tài),你可以使用 JavaScript 來(lái)向連接寫(xiě)入或從中接收數(shù)據(jù),就像在使用一個(gè)常規(guī)的 TCP Socket 一樣。它解決了 Web 實(shí)時(shí)化的問(wèn)題。

由于 WebSocket 是全雙工通信,所以當(dāng)建立了 WebSocket 連接之后,接下來(lái)的通信就類似于傳統(tǒng)的 TCP 通信了??蛻舳撕头?wù)端可以相互發(fā)送數(shù)據(jù),不再有實(shí)時(shí)性的問(wèn)題。
開(kāi)發(fā)包的選擇
在 Go 官方的 SDK 中,并不包含對(duì) WebSocket 的支持,所以必須使用第三方庫(kù)。
要使用 Golang 開(kāi)發(fā) WebSocket,選擇基本就在 x/net/websocket 和 gorilla/websocket 之間?!禛o Web 編程》一書(shū)中的例子使用了 x/net/websocket 作為開(kāi)發(fā)包,而且貌似它也更加官方且正式。而實(shí)際根據(jù)我在網(wǎng)上查詢得到的反饋看來(lái),并非如此。x/net/websocket 貌似 Bug 較多,且較為不穩(wěn)定,問(wèn)題解決也并不及時(shí)。相比之下,gorilla/websocket 則更加優(yōu)秀。
還有對(duì)于 Gorilla web toolkit 組織的貢獻(xiàn),必須予以感謝。🙏。其下不僅有 WebSocket 的實(shí)現(xiàn),也有一些其他工具。歡迎大家使用并且能夠給予反饋或貢獻(xiàn)。

推送服務(wù)實(shí)現(xiàn)
基本原理
項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)如下:

server 啟動(dòng)以后會(huì)注冊(cè)兩個(gè) Handler。
websocketHandler 用于提供瀏覽器端發(fā)送 Upgrade 請(qǐng)求并升級(jí)為 WebSocket 連接。
pushHandler 用于提供外部推送端發(fā)送推送數(shù)據(jù)的請(qǐng)求。
瀏覽器首先連接 websocketHandler (默認(rèn)地址為 ws://ip:port/ws)升級(jí)請(qǐng)求為 WebSocket 連接,當(dāng)連接建立之后需要發(fā)送注冊(cè)信息進(jìn)行注冊(cè)。這里注冊(cè)信息中包含一個(gè) token 信息。server 會(huì)對(duì)提供的 token 進(jìn)行驗(yàn)證并獲取到相應(yīng)的 userId(通常來(lái)說(shuō),一個(gè) userId 可能同時(shí)關(guān)聯(lián)許多 token),并保存維護(hù)好 token, userId 和 conn(連接)之間的關(guān)系。
推送端發(fā)送推送數(shù)據(jù)的請(qǐng)求到 pushHandler(默認(rèn)地址為 ws://ip:port/push),請(qǐng)求中包含了 userId 字段和 message 字段。server 會(huì)根據(jù) userId 獲取到所有此時(shí)連接到該 server 的 conn,然后將 message 一一進(jìn)行推送。
由于推送服務(wù)的實(shí)時(shí)性,推送的數(shù)據(jù)并沒(méi)有也不需要進(jìn)行緩存。
代碼詳解
我在此處會(huì)稍微講述一下代碼的基本構(gòu)成,也順便說(shuō)說(shuō) Go 語(yǔ)言中一些常用的寫(xiě)法和模式(本人也是從其他語(yǔ)言轉(zhuǎn)向 Go 語(yǔ)言,畢竟 Go 語(yǔ)言也相當(dāng)年輕。所以有建議的話,敬請(qǐng)?zhí)岢?。)。由?Go 語(yǔ)言的發(fā)明人和一些主要維護(hù)者大都來(lái)自于 C/C++ 語(yǔ)言,所以 Go 語(yǔ)言的代碼也更偏向于 C/C++ 系。
首先先看一下 Server 的結(jié)構(gòu):
// Server defines parameters for running websocket server.
type Server struct {
// Address for server to listen on
Addr string
// Path for websocket request, default "/ws".
WSPath string
// Path for push message, default "/push".
PushPath string
// Upgrader is for upgrade connection to websocket connection using
// "github.com/gorilla/websocket".
//
// If Upgrader is nil, default upgrader will be used. Default upgrader is
// set ReadBufferSize and WriteBufferSize to 1024, and CheckOrigin always
// returns true.
Upgrader *websocket.Upgrader
// Check token if it's valid and return userID. If token is valid, userID
// must be returned and ok should be true. Otherwise ok should be false.
AuthToken func(token string) (userID string, ok bool)
// Authorize push request. Message will be sent if it returns true,
// otherwise the request will be discarded. Default nil and push request
// will always be accepted.
PushAuth func(r *http.Request) bool
wh *websocketHandler
ph *pushHandler
}
PS: 由于我整個(gè)項(xiàng)目的注釋都是用英文寫(xiě)的,所以見(jiàn)諒了,希望不妨礙閱讀。
這里說(shuō)一下 Upgrader *websocket.Upgrader,這是 gorilla/websocket 包的對(duì)象,它用來(lái)升級(jí) HTTP 請(qǐng)求。
如果一個(gè)結(jié)構(gòu)體參數(shù)過(guò)多,通常不建議直接初始化,而是使用它提供的 New 方法。這里是:
// NewServer creates a new Server.
func NewServer(addr string) *Server {
return &Server{
Addr: addr,
WSPath: serverDefaultWSPath,
PushPath: serverDefaultPushPath,
}
}
這也是 Go 語(yǔ)言對(duì)外提供初始化方法的一種常見(jiàn)用法。
然后 Server 使用 ListenAndServe 方法啟動(dòng)并監(jiān)聽(tīng)端口,與 http 包的使用類似:
// ListenAndServe listens on the TCP network address and handle websocket
// request.
func (s *Server) ListenAndServe() error {
b := &binder{
userID2EventConnMap: make(map[string]*[]eventConn),
connID2UserIDMap: make(map[string]string),
}
// websocket request handler
wh := websocketHandler{
upgrader: defaultUpgrader,
binder: b,
}
if s.Upgrader != nil {
wh.upgrader = s.Upgrader
}
if s.AuthToken != nil {
wh.calcUserIDFunc = s.AuthToken
}
s.wh = &wh
http.Handle(s.WSPath, s.wh)
// push request handler
ph := pushHandler{
binder: b,
}
if s.PushAuth != nil {
ph.authFunc = s.PushAuth
}
s.ph = &ph
http.Handle(s.PushPath, s.ph)
return http.ListenAndServe(s.Addr, nil)
}
這里我們生成了兩個(gè) Handler,分別為 websocketHandler 和 pushHandler。websocketHandler 負(fù)責(zé)與瀏覽器建立連接并傳輸數(shù)據(jù),而 pushHandler 則處理推送端的請(qǐng)求。可以看到,這里兩個(gè) Handler 都封裝了一個(gè) binder 對(duì)象。這個(gè) binder 用于維護(hù) token <-> userID <-> Conn 的關(guān)系:
// binder is defined to store the relation of userID and eventConn
type binder struct {
mu sync.RWMutex
// map stores key: userID and value of related slice of eventConn
userID2EventConnMap map[string]*[]eventConn
// map stores key: connID and value: userID
connID2UserIDMap map[string]string
}
websocketHandler
具體看一下 websocketHandler 的實(shí)現(xiàn)。
// websocketHandler defines to handle websocket upgrade request.
type websocketHandler struct {
// upgrader is used to upgrade request.
upgrader *websocket.Upgrader
// binder stores relations about websocket connection and userID.
binder *binder
// calcUserIDFunc defines to calculate userID by token. The userID will
// be equal to token if this function is nil.
calcUserIDFunc func(token string) (userID string, ok bool)
}
很簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。websocketHandler 實(shí)現(xiàn)了 http.Handler 接口:
// First try to upgrade connection to websocket. If success, connection will
// be kept until client send close message or server drop them.
func (wh *websocketHandler) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
wsConn, err := wh.upgrader.Upgrade(w, r, nil)
if err != nil {
return
}
defer wsConn.Close()
// handle Websocket request
conn := NewConn(wsConn)
conn.AfterReadFunc = func(messageType int, r io.Reader) {
var rm RegisterMessage
decoder := json.NewDecoder(r)
if err := decoder.Decode(&rm); err != nil {
return
}
// calculate userID by token
userID := rm.Token
if wh.calcUserIDFunc != nil {
uID, ok := wh.calcUserIDFunc(rm.Token)
if !ok {
return
}
userID = uID
}
// bind
wh.binder.Bind(userID, rm.Event, conn)
}
conn.BeforeCloseFunc = func() {
// unbind
wh.binder.Unbind(conn)
}
conn.Listen()
}
首先將傳入的 http.Request 轉(zhuǎn)換為 websocket.Conn,再將其分裝為我們自定義的一個(gè) wserver.Conn(封裝,或者說(shuō)是組合,是 Go 語(yǔ)言的典型用法。記住,Go 語(yǔ)言沒(méi)有繼承,只有組合)。然后設(shè)置了 Conn 的 AfterReadFunc 和 BeforeCloseFunc 方法,接著啟動(dòng)了 conn.Listen()。AfterReadFunc 意思是當(dāng) Conn 讀取到數(shù)據(jù)后,嘗試驗(yàn)證并根據(jù) token 計(jì)算 userID,然乎 bind 注冊(cè)綁定。BeforeCloseFunc 則為 Conn 關(guān)閉前進(jìn)行解綁操作。
pushHandler
pushHandler 則容易理解。它解析請(qǐng)求然后推送數(shù)據(jù):
// Authorize if needed. Then decode the request and push message to each
// realted websocket connection.
func (s *pushHandler) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
if r.Method != http.MethodPost {
w.WriteHeader(http.StatusMethodNotAllowed)
return
}
// authorize
if s.authFunc != nil {
if ok := s.authFunc(r); !ok {
w.WriteHeader(http.StatusUnauthorized)
return
}
}
// read request
var pm PushMessage
decoder := json.NewDecoder(r.Body)
if err := decoder.Decode(&pm); err != nil {
w.WriteHeader(http.StatusBadRequest)
w.Write([]byte(ErrRequestIllegal.Error()))
return
}
// validate the data
if pm.UserID == "" || pm.Event == "" || pm.Message == "" {
w.WriteHeader(http.StatusBadRequest)
w.Write([]byte(ErrRequestIllegal.Error()))
return
}
cnt, err := s.push(pm.UserID, pm.Event, pm.Message)
if err != nil {
w.WriteHeader(http.StatusInternalServerError)
w.Write([]byte(err.Error()))
return
}
result := strings.NewReader(fmt.Sprintf("message sent to %d clients", cnt))
io.Copy(w, result)
}
Conn
Conn (此處指 wserver.Conn) 為 websocket.Conn 的包裝。
// Conn wraps websocket.Conn with Conn. It defines to listen and read
// data from Conn.
type Conn struct {
Conn *websocket.Conn
AfterReadFunc func(messageType int, r io.Reader)
BeforeCloseFunc func()
once sync.Once
id string
stopCh chan struct{}
}
最主要的方法為 Listen():
// Listen listens for receive data from websocket connection. It blocks
// until websocket connection is closed.
func (c *Conn) Listen() {
c.Conn.SetCloseHandler(func(code int, text string) error {
if c.BeforeCloseFunc != nil {
c.BeforeCloseFunc()
}
if err := c.Close(); err != nil {
log.Println(err)
}
message := websocket.FormatCloseMessage(code, "")
c.Conn.WriteControl(websocket.CloseMessage, message, time.Now().Add(time.Second))
return nil
})
// Keeps reading from Conn util get error.
ReadLoop:
for {
select {
case <-c.stopCh:
break ReadLoop
default:
messageType, r, err := c.Conn.NextReader()
if err != nil {
// TODO: handle read error maybe
break ReadLoop
}
if c.AfterReadFunc != nil {
c.AfterReadFunc(messageType, r)
}
}
}
}
主要設(shè)置了當(dāng) websocket 連接關(guān)閉時(shí)的處理和不停地讀取數(shù)據(jù)。
文中很難全面地描述整個(gè)代碼的運(yùn)作流程,像具體閱讀代碼,請(qǐng)前往 github.com/alfred-zhong/wserver 獲取。
后記
代碼我已經(jīng)進(jìn)行了一定的測(cè)試,也已經(jīng)在正式環(huán)境中運(yùn)行了一段時(shí)間。但是代碼可能仍然不夠穩(wěn)定,所以在使用過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題,也實(shí)屬正常。隨意隨時(shí)歡迎大家給我提 issues 或者 PRs。
總結(jié)
以上所述是小編給大家介紹的利用 Go 語(yǔ)言編寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單的 WebSocket 推送服務(wù),希望對(duì)大家有所幫助,如果大家有任何疑問(wèn)請(qǐng)給我留言,小編會(huì)及時(shí)回復(fù)大家的。在此也非常感謝大家對(duì)腳本之家網(wǎng)站的支持!
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