websocket实践与浅入浅出
websocket实践与浅入浅出
- websocket与http的区别?
- websocket的应用场景?
- websocket通信方式
- websocket协议结构
- nginx配置
- 分布式下IM多端同步的实现方案
- TIP
- 1. 心跳
- 2. 多端同步
- 3. wss
- 4. other
websocket与http的区别?
Http:基于TCP的应用层协议,请求与响应的模式,属于“半双工”,服务端只能接收客户端的请求做出响应,无法主动推送数据。
websocket:基于TCP的应用层协议,数据传输是帧来传递,服务端与客户端可以随时给对方发送信息,属于“全双工”,能够实现双方实时的推送数据,帧数据的head信息比http的head小,可以节省带宽,适合长时间的数据传输。
websocket的应用场景?
实时推送数据(客户端->服务端,服务端->客户端)
如果没有websocket,http可以通过长轮询的方式,不停地发送请求去询问服务端是否有数据可以响应;但频繁的请求,会浪费双方的资源(CPU、带宽等)
项目实践:
- IM实时通信与多端同步
- 服务端的定制化推送服务
websocket通信方式
- 握手,利用 HTTP 协议实现连接握手,请求中进行“协议升级”,握手过程中,为了防止误连接进行一个Sec-WebSocket-Key的认证机制
- 通信,握手成功后,即可双工通信
- 心跳,即PING PONG,websocket中最好有心跳来维持服务端与客户端的长连接通信,避免被网关等误以为无效连接;可以通过websocket本身协议配合,或者直接客户端/服务端发起心跳来维持
- 关闭,客户端或服务端发送关闭的信号,亦或者是一些意外导致强制关闭
websocket协议结构
- FIN:消息结束的标志位;
- RSV:预留字段,为0;
- opcode:操作码(类型),1表示帧内容是纯文本,2表示帧内容是二进制数据,8表示关闭连接,9表示连接保活的PING ,10表示连接保活的PONG;
- MASK:是否使用异或来进行掩码;客户端发送数据必须使用掩码,而服务器发送则必须不使用掩码
- Payload len:帧内容的长度
- Extended payload length:扩展字段
- Masking-key:如果MASK需要掩码,则为4 个字节的随机数
- Payload Data:帧内容
nginx配置
map $http_upgrade $connection_upgrade {default upgrade;'' close;
}
server {server_name test.test.net;listen 80;location /ws {proxy_pass http://127.0.0.1:8888/ws;proxy_http_version 1.1;proxy_read_timeout 600s;proxy_send_timeout 600s;proxy_set_header Upgrade $http_upgrade;proxy_set_header Connection $connection_upgrade;proxy_set_header Host $host;proxy_set_header X-Real_IP $remote_addr;proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;}
}
- WebSocket 和HTTP两者“握手”方式兼容。在nginx配置上可以通过HTTP升级机制,使用HTTP的Upgrade和Connection协议头的方式可以将连接从HTTP升级为WebSocket,这里主要涉及proxy_set_header(Upgrade与Connection),proxy_http_version两个配置
- proxy_set_header的X-Real_IP、X-Forwarded-For、Host用于获取客户端ip与服务端域名,通过websocket的握手阶段获取(握手阶段还是http请求,能够通过request里边获取到)
- proxy_read_timeout、proxy_send_timeout:表示连接成功后,客户端等待服务端响应时长,服务端发送时长,如果是nginx做转发ws,那么建议read要设置长一些,再结合“心跳”,避免nginx超时导致断联
- 如果想要升级wss,就需要有证书,如果服务有F5,一般来说证书配置在F5,同时应用层的nginx不需要做什么额外处理;否则需要参考以下配置,在应用层的nginx上配置证书
server {server_name test.test.net;listen 443 ssl;location /ws {# ... 与上面相同}ssl_certificate ./publickey.pem;ssl_certificate_key ./privatekey.pem;
}
分布式下IM多端同步的实现方案
- websocket多端与后端服务建立连接
- redis存储会话信息与会话状态
- websocket发起IM通信
- server接收IM消息,投递到mq
- mq进行广播,多server订阅
- 在redis查找存活状态的业务会话,server除发起方的websocket,找到当前server有效的websocket进行数据的同步
TIP
1. 心跳
- 如果没有心跳,通过控制台强制杀客户端进程,或者是断网,会导致服务端没办法知道客户端已“异常”关闭;所以需要有“心跳”来维持这个状态,服务端主动或被动的维护websocket session的状态(调度清除无用session或心跳回复后的懒清除)
2. 多端同步
- 关于多端同步,websocket的通信是端对端的,对于服务端来说,服务一般是集群的,而不是单机的方式,而websocket的session无法序列化,无法通过分布式的组件来存储并序列化session,如果需要考虑多端消息同步,只能通过广播的方式,通知给每一台服务端,由各自的服务端发起websocket请求。
- 多端同步过程中,rocketmq是没办法同时使用顺序方式+广播模式;原因是广播模式是不加锁的与顺序方式冲突,顺序方式虽然是同一个queue,但如果采用顺序方式+分布式模式,那么多个消费者线程会同时处理同个队列,也会导致虽然生产端数据同步,但消费者多端同步时数据乱序;
解决方案是:采用顺序方式+分布式模式,消费端只限制一个消费者线程(保证消费数据也能够是顺序的),只要保证某个会话是顺序的,那么可以使用线程池并进行线程复用与分片,利用多线程,提高消费端不同会话的处理能力。
3. wss
- 关于wss:类似https,多个s即多个证书,证书对通信进行加密,避免通信过程中直接裸露在网络上,可在nginx上配置。
4. other
- 关于websocket最大的长度:没什么受限,但是用的组件(例如tomcat或者springboot可能会有限制长度)
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