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WebSocket 断网重连、心跳检测功能封装

news 来源：原创 2024/9/29 3:27:15

文章目录

  • 简介
    • 特点
    • 优缺点
    • 使用场景
  • 用法
  • 封装
    • 断网重连
    • 心跳检测
    • WebSocket 封装
  • 注意

简介

WebSocket协议是基于TCP协议上的独立的通信协议，在建立WebSocket通信连接前，需要使用HTTP协议进行握手，从HTTP连接升级为WebSocket连接。

浏览器和服务器只需要完成一次握手，两者之间就直接可以创建持久性的连接，并进行双向数据传输。 一旦WebSocket连接建立，服务器和客户端就可以通过发送消息来进行实时通信。这种双向通信机制。

Websocket 协议与 HTTP 协议没有关系，它是一个建立在 TCP 协议上的全新协议，为了兼容 HTTP 握手规范，在握手阶段依然使用 HTTP 协议，握手完成之后，数据通过 TCP 通道进行传输。

Websoket 数据传输是通过 frame 形式，一个消息可以分成几个片段传输。这样大数据可以分成一些小片段进行传输，不用考虑由于数据量大导致标志位不够的情况。也可以边生成数据边传递消息，提高传输效率。

WebSocket定义了两种URI格式, ws:// 和 wss:// ，类似于 HTTP 和 HTTPS , ws:// 使用明文传输，默认端口为80，wss:// 使用TLS加密传输，默认端口为443。

特点

  • 双向通信：服务器和客户端可以通过发送消息进行实时双向通信。

  • 持久连接：WebSocket连接是持久的，不需要在每次通信时重新建立连接。

  • 低开销：与传统的HTTP请求相比，WebSocket通信的开销较低，因为不需要频繁地建立和关闭连接。

  • 低延迟：由于协议是全双工的，所以服务器可以随时主动给客户端下发数据。相对于HTTP请求需要等待客户端发起请求服务端才能响应，延迟明显更少。

  • 支持跨域：WebSocket协议支持跨域通信，可以在不同域名或端口之间进行通信。

  • 减少数据传输：由于WebSocket是基于消息的，而不是基于请求/响应的，因此可以减少不必要的数据传输，从而提高传输效率。

优缺点

优点：
双向通信。客户端和服务端双方 都可以主动发起通讯。 没有同源限制。客户端可以与任意服务端通信，不存在跨域问题。 数据量轻。第一次连接时需要携带请求头，后面数据通信都不需要带请求头，减少了请求头的负荷。 传输效率高。因为只需要一次连接，所以数据传输效率高。

缺点：
长连接需要后端处理业务的代码更稳定，推送消息相对复杂； 兼容性，WebSocket 只支持 IE10 及其以上版本。 服务器长期维护长连接需要一定的成本，各个浏览器支持程度不一； 【需要后端代码稳定，受网络限制大，兼容性差，维护成本高，生态圈小】

使用场景

  1. 协同编辑：

    • 场景描述：WebSocket可用于实现多人协同编辑，如在线文档协作、团队代码编辑等。
    • 实际应用：多个用户可以同时编辑同一个文档或代码文件，他们的编辑结果会实时地同步到其他用户的界面上。
      .

  2. 实时监控：

    • 场景描述：WebSocket适用于实时监控系统，如监控设备的运行状态、实时监测交通流量等。
    • 实际应用：服务器可以实时地将监控数据推送给客户端，客户端可以及时地显示最新的监控信息。
      .

  3. 实时聊天：

    • 场景描述：WebSocket是即时通讯的理想选择，如在线聊天室、多人游戏等。
    • 实际应用：客户端和服务器可以实时地发送和接收消息，无需频繁地发起HTTP请求。
      .

  4. 实时数据更新：

    • 场景描述：WebSocket能够实时推送数据更新，如实时股票行情、实时天气预报等。
    • 实际应用：服务器可以实时地将最新的数据推送给客户端，客户端无需主动发起请求。
      .

  5. 游戏开发：

    • 场景描述：WebSocket在游戏开发中具有重要作用，特别是在多人在线游戏中。
    • 实际应用：
      • 多人游戏协同：允许多个客户端同时连接到服务器，使多人协同游戏变得容易。
      • 实时聊天：游戏内的实时聊天变得非常容易实现。
      • 服务器推送：服务器可以主动推送消息给客户端，降低了服务器和网络的负担。
      • 实时排行榜和统计：游戏服务器可以实时更新排行榜和统计信息。
      • 游戏状态同步：通过建立持久的WebSocket连接，游戏服务器可以实时广播游戏状态的更新。

用法

在JavaScript中使用WebSocket相当直观。以下是一个基本的WebSocket客户端使用示例，它演示了如何连接到WebSocket服务器、发送消息、接收消息以及处理连接关闭。

首先，确保你的WebSocket服务器已经启动并在监听某个端口（比如ws://localhost:8080）。

// 创建一个新的WebSocket实例，连接到指定的URL  
var socket = new WebSocket('ws://localhost:8080');  // 连接打开事件  
socket.onopen = function(event) {  console.log("WebSocket连接已打开");  // 连接打开后，可以发送消息   socket.send('Hello Server!');  
};  // 接收消息事件  
socket.onmessage = function(event) {  console.log("收到来自服务器的消息: " + event.data);  // 处理接收到的消息  // 可以将event.data解析为JSON或其他格式  // let data = JSON.parse(event.data);  
};  // 错误事件  
socket.onerror = function(error) {  console.error('WebSocket连接发生错误:', error);  // 在这里处理错误情况  
};  // 连接关闭事件  
socket.onclose = function(event) {  if (event.wasClean) {  console.log("WebSocket连接已正常关闭");  } else {  console.log("WebSocket连接发生异常关闭");  }  // 可以在这里尝试重新连接  
};  // 发送消息的函数  
function sendMessage(message) {  if (socket.readyState === WebSocket.OPEN) {  socket.send(message);  } else {  console.log('WebSocket连接未打开，消息未发送: ' + message);  }  
}  // 你可以在其他地方调用sendMessage函数来发送消息  
// sendMessage('这是一条新的消息');  // 当你不再需要WebSocket连接时，可以手动关闭它  
// socket.close();

  • 创建了一个新的WebSocket对象，并指定了要连接的WebSocket服务器URL

  • 为WebSocket对象添加了几个事件监听器，以处理连接建立、接收到消息、发生错误和连接关闭等事件:

    • onopen：在连接建立时触发，你可以在这个事件处理函数中发送初始消息

    • onmessage：在接收到消息(来自服务器)时触发，你可以在这个事件处理函数中处理接收到的消息

    • onerror：在发生错误时触发

    • onclose：在连接关闭时触发

  • sendMessage函数是一个简单的封装，用于在WebSocket连接打开时发送消息。如果连接未打开，它会打印一条消息到控制台。

  • 最后，调用 socket.close() 来手动关闭 WebSocket 连接。但通常，当不再需要 WebSocket 连接时，或者当服务器关闭连接时，连接会自动关闭。

封装

封装一个支持断网重连、心跳检测功能，并且兼容原生WebSocket写法的JavaScript WebSocket类

断网重连

WebSocket 断网重连（Reconnect after Network Disconnection）是指在 WebSocket 连接因为网络问题（如网络不稳定、临时断网、服务器宕机等）而断开后，客户端能够自动检测到连接已断开，并在网络恢复后尝试重新建立与服务器的 WebSocket 连接的过程。

在网络通信中，由于各种不可控因素，WebSocket 连接可能会意外断开。为了确保服务的连续性和可用性，很多 WebSocket 客户端库或框架都会提供断网重连的功能。

  1. 连接状态监听：客户端需要监听 WebSocket 的 onclose 事件，该事件会在连接关闭时被触发。一旦接收到 onclose 事件，客户端就知道连接已经断开。

  2. 重连策略：在连接断开后，客户端会根据预定义的重连策略来决定是否尝试重新连接。重连策略可以包括重连间隔、重连次数限制等。例如，客户端可能会等待一段时间后再次尝试连接，如果连接仍然失败，它会继续等待更长的时间再次尝试，直到达到最大重连次数或用户干预。

  3. 重连实现：在决定重连后，客户端会重新调用 WebSocket 的构造函数或相关方法，以尝试与服务器建立新的 WebSocket 连接。如果连接成功，客户端会恢复正常的通信。

  4. 心跳检测：为了更准确地检测连接状态，很多 WebSocket 客户端还会实现心跳检测机制。客户端定期向服务器发送心跳消息，如果服务器在规定的时间内没有响应，客户端就认为连接已经断开，并开始执行重连逻辑。

  5. 日志和通知：在重连过程中，客户端可能会记录日志以便后续分析，并在需要时向用户或开发者发送通知。

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心跳检测

WebSocket 心跳（Heartbeat）是指为了在 WebSocket 连接中检测连接的活跃性和可用性而定期发送的简短消息。WebSocket 是一种在单个 TCP 连接上进行全双工通信的协议，允许服务器主动向客户端推送信息，客户端也可以主动向服务器发送信息。

由于网络环境的复杂性，如网络不稳定、防火墙或代理服务器配置不当等原因，WebSocket 连接有时可能会“假死”，即连接仍然处于打开状态（readyState 为 OPEN），但实际上数据已经无法传输。在这种情况下，如果没有任何数据在连接上传输，双方都无法得知连接是否已经失效。

为了解决这个问题，可以定期发送心跳消息来检测连接的活跃性。心跳消息通常是一个简短的数据包，例如一个简单的字符串或数字。客户端和服务器都可以发送心跳消息，但通常是由客户端发送，因为服务器可以更容易地检测和管理多个连接。

当接收到心跳消息时，接收方会重置其心跳定时器，并知道连接仍然是活跃的。如果在指定的时间间隔内没有收到心跳消息，接收方可以认为连接已经失效，并采取相应的措施，如关闭连接、尝试重新连接或通知用户。

  1. 发送频率：心跳消息的发送频率应该根据具体的应用场景和网络环境来确定。过于频繁的心跳消息可能会增加网络负担，而发送间隔过长则可能无法及时发现连接问题。

  2. 消息内容：心跳消息的内容应该简短，以减少网络带宽的占用。通常，一个简单的字符串或数字就足够了。

  3. 处理接收到的消息：当接收到心跳消息时，接收方应该重置其心跳定时器，并继续等待下一个心跳消息。如果接收到非心跳消息，则应该根据应用的逻辑来处理。

  4. 重连机制：如果心跳检测发现连接已经失效，接收方应该尝试重新建立连接。重连的间隔和次数可以根据需要来配置。

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WebSocket 封装

// ReliableWebSocket 类，封装了原生 WebSocket，支持断网重连和自动心跳功能  
class ReliableWebSocket {  // 构造函数，接收 WebSocket 服务器的 URL 和可选的配置选项  constructor(url, options = {}) {  this.url = url;                               // WebSocket 服务器的 URL  this.options = options;                       // 可选配置选项  // 重连间隔时间，默认为 5000 毫秒（5 秒）  this.reconnectInterval = options.reconnectInterval || 5000;  // 心跳间隔时间，默认为 30000 毫秒（30 秒）  this.heartbeatInterval = options.heartbeatInterval || 30000;  // 心跳消息内容，默认为 'ping'  this.heartbeatMessage = options.heartbeatMessage || 'ping';  // WebSocket 实例  this.socket = null;  // 心跳定时器  this.heartbeatTimer = null;  // 初始化 WebSocket 连接  this.init();  }  // 初始化 WebSocket 连接  init() {  // 创建 WebSocket 实例  this.socket = new WebSocket(this.url);  // 当 WebSocket 连接打开时  this.socket.onopen = (event) => {  // 开始发送心跳消息  this.startHeartbeat();  console.log('WebSocket 连接已打开');  };  // 当接收到 WebSocket 消息时  this.socket.onmessage = (event) => {  // 重置心跳定时器  this.resetHeartbeat();  console.log('收到消息:', event.data);  };  // 当 WebSocket 连接关闭时  this.socket.onclose = (event) => {  // 停止发送心跳消息  this.stopHeartbeat();  console.log('WebSocket 连接已关闭', event);  // 尝试重新连接  this.reconnect();  };  // 当 WebSocket 连接发生错误时  this.socket.onerror = (error) => {  console.error('WebSocket 连接发生错误:', error);  };  }  // 开始发送心跳消息  startHeartbeat() {  // 设置定时器，按照指定的间隔发送心跳消息  this.heartbeatTimer = setInterval(() => {  if (this.socket.readyState === WebSocket.OPEN) {  this.socket.send(this.heartbeatMessage);  }  }, this.heartbeatInterval);  }  // 重置心跳定时器  resetHeartbeat() {  // 清除旧的心跳定时器并重新开始  clearInterval(this.heartbeatTimer);  this.startHeartbeat();  }  // 停止发送心跳消息  stopHeartbeat() {  // 清除心跳定时器  clearInterval(this.heartbeatTimer);  }  // 尝试重新连接 WebSocket  reconnect() {  // 设置定时器，按照指定的间隔尝试重新连接  let intervalId = setInterval(() => {  try {  // 尝试重新初始化 WebSocket 连接  this.init();  // 如果连接成功，则清除定时器  clearInterval(intervalId);  } catch (e) {  console.error('重连失败，稍后重试...', e);  }  }, this.reconnectInterval);  }  // 发送消息到 WebSocket 服务器  send(data) {  if (this.socket.readyState === WebSocket.OPEN) {  this.socket.send(data);  } else {  console.error('WebSocket 连接未打开，无法发送消息');  }  }  // 关闭 WebSocket 连接  close() {  if (this.socket) {  this.socket.close();  }  }  // ... 可以继续封装其他 WebSocket 原生方法，如添加事件监听器等  
}  // 使用示例  
const ws = new ReliableWebSocket('ws://your-websocket-server-url');  
ws.send('Hello, Server!');  // 如果需要监听事件，可以在 ReliableWebSocket 类中添加事件触发逻辑  
// 例如，使用 EventEmitter 或者发布订阅模式

注意

  • WebSocket连接可以使用安全的WebSocket协议(wss://)进行保护，它使用SSL/TLS添加了额外的加密层。这确保了在客户端和服务器之间传输的数据的机密性和完整性。

  • WebSocke t是一种基于TCP的协议，支持长连接。在实际使用中，需要注意及时维护长连接，避免因连接长时间不活跃而被网络设备断开。为了确保长连接的稳定性，可以定时发送心跳包，以保持连接的活跃状态。

  • 大多数现代Web浏览器都支持WebSocket协议，包括Chrome、Firefox、Safari和Edge。然而，需要考虑WebSocket在旧浏览器或支持有限的环境中的兼容性。在这种情况下，可以使用回退机制。

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