.NET WebSocket 核心原理初體驗
本文將利用WebSockets(SignalR的一部分)搭建一個可雙向通信的ASP.NETCore5應用。
( 預告：下期將著重對比gRPC和WebSockets的差異和使用場景)
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/服務端雙向通信，引入了WebSockets.
HTTP 1.0：我們每次向服務器發送請求時都需要重新創建連接(關閉之前的連接)。
HTTP 1.1：新增keep-alive語法引入了持久連接機制, 至此連接可以被重用---這能減小通信延遲(因為服務器能感知客戶端，并且不需要為每個請求重開握手過程)
WebSockets 依附于HTTP1.1協議的持久連接機制，因此如果你是第一次發起WebSockets連接，這實際是一個HTTP1.1請求，協商成功后開始全雙工通信。
下圖描述了初始化(握手),數據傳輸,關閉WebSockets的過程。
協議有兩部分：握手和數據傳輸
握手
WebSocket與HTTP協議有良好兼容性。"握手"階段采用Http協議，默認也是80/443端口，因此握手時不容易屏蔽，能通過各種 HTTP 代理服務器。
協議標識符是ws(如果加密，則為wss)，服務器網址就是 URL。
ws://example.com:80/some/path
簡而言之，WebSocket連接基于單個端口上的HTTP(以TCP傳輸)：
1.服務器在指定的端口(如80/443)上監聽傳入的TCP套接字連接
2.客戶端使用HTTP GET請求啟動握手 (這就是“WebSockets”中的“Web”由來)。
在請求頭中，客戶端將要求服務器將連接Upgrade到WebSocket。
3.服務器發送握手響應，通知客戶端它將把協議從HTTP更改為WebSocket。
4.客戶端/服務器協商連接細節。如果條款不匹配，任何一方都可以退出。
- GET /ws-endpoint HTTP/1.1
- Host: example.com:80
- Upgrade: websocket
- Connection: Upgrade
- Sec-WebSocket-Key: L4kHN+1Bx7zKbxsDbqgzHw==
- Sec-WebSocket-Version: 13
請注意：客戶端發送Connection:Upgrade和Upgrade：websocket請求頭 服務端握手響應：
- HTTP/1.1 101 Switching Protocols
- Upgrade: websocket
- Connection: Upgrade
- Sec-WebSocket-Accept: CTPN8jCb3BUjBjBtdjwSQCytuBo=
注意：服務端返回HTTP/1.1 101 Switching Protocols狀態碼，其他非101的狀態碼都指示握手失敗。
數據傳輸
任意一方可以在任意時間發送消息，因為這是全雙工通信協議。
消息由一個或多個幀組成，一個幀可以是二進制、文本、控制幀(0x8 Close,0x9 Ping,0xA Pong)
.NETCore Server listening WebSockets
- dotnet new webapi -n WebSocketsTutorial
- dotnet add WebSocketsTutorial/ package Microsoft.AspNet.SignalR
為簡化本次內容，我不會談論SignalR(集線器和其他東西)。
本次將完全基于WebSocket通信。
- app.UseWebSockets();
新增WebSocketsController.cs，添加如下代碼：
- using System;
- using System.Net.WebSockets;
- using System.Text;
- using System.Threading;
- using System.Threading.Tasks;
- using Microsoft.AspNetCore.Mvc;
- using Microsoft.Extensions.Logging;
- namespace WebSocketsTutorial.Controllers
- {
- [ApiController]
- [Route("[controller]")]
- public class WebSocketsController : ControllerBase
- {
- private readonly ILogger<WebSocketsController> _logger;
- public WebSocketsController(ILogger<WebSocketsController> logger)
- {
- _logger = logger;
- }
- [HttpGet("/ws")]
- public async Task Get()
- {
- if (HttpContext.WebSockets.IsWebSocketRequest)
- {
- using var webSocket = await HttpContext.WebSockets.AcceptWebSocketAsync();
- _logger.Log(LogLevel.Information, "WebSocket connection established");
- await Echo(webSocket);
- }
- else
- {
- HttpContext.Response.StatusCode = 400;
- }
- }
- private async Task Echo(WebSocket webSocket)
- {
- var buffer = new byte[1024 * 4];
- var result = await webSocket.ReceiveAsync(new ArraySegment<byte>(buffer), CancellationToken.None);
- _logger.Log(LogLevel.Information, "Message received from Client");
- while (!result.CloseStatus.HasValue)
- {
- var serverMsg = Encoding.UTF8.GetBytes($"Server: Hello. You said: {Encoding.UTF8.GetString(buffer)}");
- await webSocket.SendAsync(new ArraySegment<byte>(serverMsg, 0, serverMsg.Length), result.MessageType, result.EndOfMessage, CancellationToken.None);
- _logger.Log(LogLevel.Information, "Message sent to Client");
- result = await webSocket.ReceiveAsync(new ArraySegment<byte>(buffer), CancellationToken.None);
- _logger.Log(LogLevel.Information, "Message received from Client");
- }
- await webSocket.CloseAsync(result.CloseStatus.Value, result.CloseStatusDescription, CancellationToken.None);
- _logger.Log(LogLevel.Information, "WebSocket connection closed");
- }
- }
- }
在握手之后，服務端不需要等待客戶端發起消息，就可以推送消息到客戶端。
啟動ASP.NET Core 服務端，程序在/ws路由地址監聽WebSockets連接， 回發客戶端發送過來的消息。
Browser client using WebSockets api
在瀏覽器Console編寫js代碼發起客戶端websockets請求：
- let webSocket = new WebSocket('wss://localhost:5001/ws');
在該請求的network- Messages tab頁面可觀察雙向通信：
除此之外，服務器/客戶端維護了pingpong機制，以確認客戶端是否還存活。
如果您真的想看看這些數據包，使用WireShark之類的工具了解一下。
整個過程在Chrome-Network上只會有一個記錄，所以你如果要看"握手過程", 也請在剛在的tab頁面查看??。
最后
如果您有興趣了解WebSocket的協議規范，請轉至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，負載平衡，代理等??。
