构建WebSocket服务

webSocket和node配合起来非常完美,因为

webSocket基于事件的编程模型和Node的自定义事件十分类似
webSocket中客户端和服务器端需要保持长连接，同时node基于事件驱动十分适合处理大量的高并发客户端连接

而且webSocket相较于http有以下三点优势

客户端与服务器端只存在一个tcp连接，
服务端可以推送数据至客户端，更加灵活
更加轻量的协议头

webSocket最早是作为HTML特性推出的，在W3C和ITEF的推动下，成为了一个RFC6455的一个规范，现在大部分浏览器都支持这个规范

const webSocket = new WebSocket({uri:"ws://127.0.0.1:12353/updates"});

webSocket.open(()=>{
    setInterval(()=>{
        if(webSocket.bufferAmount==0){
            webSocket.send("hello world")
        }
    },50)

})

webSocket.onmessage=(event)=>{
    /**
     * event data
     * /
})

上述代码的含义是当WebSocket确认链接后，每隔50毫秒发送一个hello world至客户端。同时也能接收到客户端的消息。这个行为类似于TCP通信，同时又能和客户端双向通信，所以说应用空间非常大。

在这之前客户端和服务器通信效率最高则是Comet和iframe流。Comet是基于长轮询（long-polling)实现的，客户端向服务器发送一个连接，当服务器返回数据（res.end()）或者超时断开连接，客户端里面向服务端重新发送一个请求，由于这样每个请求后面都会拖着长长的尾巴，所以叫做Comet(慧星)连接。

相较于HTTP,WebSocket基于TCP协议重新定义了服务端推送数据的协议，但是三次握手是由HTTP完成的。

webSocket握手

WebSocket发起连接时，通过HTTP发送请求报文

GET \chat HTTP/1.1
host:server.example.com
Upgrate:websocket
Connect:Upgrade
Sec-WebSocket-key:asdfqwer321asd==
Sec-WebSocket-Protocol:chat,superchat
Socket-version:13

与普通HTTP连接的区别在于upgrate和connect字段，表示将请求升级为WebSocket。

Sec-WebSocket-key表示用于安全性校验

客户端将随机生成的字符串asdfqwer321asd==基于Base64编码后发送给服务端，服务端再通过将随机字符串与服务端密钥进行拼接后进行SHA1随机数加密编码为Base64后返回给客户端。

返回报文如下

http/1.1 101 Swiching Protocols
Upgrate:websocket
Connect:Upgrade
Sec-WebSocket-Accept:asdfasdf1234==
Sec-WebSocket-Protocol:chat,superchat

这个报文告诉客户端正在更新协议，将应用层协议更新为WebSocket，同时将套接字连接升级为WebSocket连接。并且客户端会校验服务端基于Sec-WebSocket-Key生成的密钥，如果成功则开始传输数据。

webSocket数据传输

当完成升级协议后，则不再进行http的数据交互，而采用WebSocket的协议传输。

为了完成TCP套接字到WebSocket的事件封装，需要从接收数据时开始进行封装。WebSocket的数据帧协议是在底层data事件开始封装的。

WebSocket.prototype.setSocket = function(socket){
    this.socket = socket;
    this.socket.on('data',this.reciever)
}

以及发送数据也是经过了一层封装

WebSocket.prototype.send = function(data){
    this._send(data);
}

为了安全考虑，客户端发送数据帧至服务端时需要对数据进行掩码操作（防止中间层篡改），如果服务端接收到数据没有掩码加密，则关闭连接。但是客户端接收服务端的数据帧时，数据帧则不用进行掩码操作，如果接收到了数据进行掩码操作则断开连接。

以下我们以hello world作为实例，以WebSocket协议分析数据帧构成

fin:只占一个字节，1表示最后一个数据帧，0则相反
rv1,rv2,rv3:表示拓展，当都为0时，则是默认格式，不加拓展
opcode:1~15位，1表示二进制格式，2表示文本格式，8表示ping，9表示pong。当一端发送ping时，另一端则需要发送pong响应，表示存货，其他则都是未被定义的数据格式。
mask:1表示进行掩码，0表示不进行掩码。
payload length:长度有可能为7，7+16，7+64为，前七个字节的表示的最大数值只占0~125，如果为126时表示paloadlength7+16。如果为127时，表示长度为7+64。
masking key:当mask为1时存在，4个字节，用于解密数据。
payload length:表示携带内容，8的倍数

hello world!一个12个字节一个数据帧完全够了，长度为（12*8）96个位。payload length表示为1100000,所以数据帧如下。

fin(1) + rv1,rv2,rv3(000) + opcode(0001) + mask(1) + payload length(110000) + masking key(32位) + payload length(hello world!加密后的二进制)

以文本格式发送时，编码格式UTF-8，由于这里不存在中文字符。所以一个字符占一个字节。

服务端接收编码数据后，触发data事件，然后将数据解码位数据帧格式，同时将数据解密出来再执行onMessage事件。

服务端回复yakexi时，就不需要掩码操作了，格式如下

fin(1) + rv1,rv2,rv3(000) + opcode(0001) + mask(0) + payload length(011000) + payload length(yakexi加密后的二进制)

这里的行为类似于TCP套接字的Connect和data事件。

以上知识点均来自<<深入浅出Node.js>>，更多细节建议阅读书籍:-)

理解网络编程-3

构建WebSocket服务

webSocket握手

webSocket数据传输